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Reportage

Mobility: Wann beginnt die Wasserstoffrevolution?

Autos mit Brennstoffzelle: mehr als nur Spielzeug. (Foto: Pixabay.com)

Angeblich ist Wasserstoff ideal für die Fortbewegung. Die angekündigte Revolution lässt aber auf sich warten. Wann es endlich soweit ist, erfährst du hier. Die Themenwoche Automotive-IT.

Hydrogen Fuel Cell: Stromerzeugung aus der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff

Lass uns kurz die groben Grundlagen klären. Nicht jeder ist Physiker, Chemiker oder in sonstiger Weise über das Thema durchinformiert. Die folgenden Erläuterungen sind entsprechend auch nicht für die akademisch interessierte Leserschaft, sondern richten sich an Netzbürger wie dich und mich: „Wie funktioniert ein Wasserstoff-Auto?”

Im Wasserstoff-Auto befindet sich ein Elektromotor, wie du ihn etwa auch in reinen Elektroautos findest. Dieser wird allerdings nicht durch riesige Akkus angetrieben, sondern erzeugt den benötigten Strom mittels einer Brennstoffzelle selbst. Du tankst also nicht Strom wie beim Elektroauto, sondern Wasserstoff.

Wasserstoff ist ein Gas, das erzeugt werden muss. Es liegt nicht etwa bereits in dieser (oder einer ähnlichen) Form vor, wie es bei fossilen Antriebsstoffen der Fall ist. Wasserstoff lässt sich auf die unterschiedlichsten Arten und Weisen herstellen, wobei das anvisierte Ziel ist, es möglichst aus den Überschüssen grüner Stromerzeuger, wie etwa Solarzellen oder Windrädern, herzustellen. Die tägliche Praxis sieht heute noch anders aus.

Nur wenn Überschüsse aus grüner Energie zur H2-Herstellung genutzt werden, ist Wasserstoff wirklich eine saubere Energiequelle. (Foto: PIxabay.com)
Nur wenn Überschüsse aus grüner Energie zur H2-Herstellung genutzt werden, ist Wasserstoff wirklich eine saubere Energiequelle. (Foto: Pixabay.com)

Kritiker beklagen zum einen, dass Strom verbraucht werden muss, um etwas herzustellen, das hinterher wieder zur Stromerzeugung verwendet wird. Dabei treten Wirkverluste auf, die fast schon nach Energieverschwendung aussehen. Befürworter sind begeistert von der Fantasie, grüne Energieüberschüsse zu Wasserstoff zu machen. Sympathisch an dem Gedanken ist, dass tatsächlich bestehende Energieüberschüsse durch die Herstellung von Wasserstoff in eine relativ leicht speicherbare Form gebracht werden können, anstatt quasi bei Nichtnutzung zu verpuffen.

Ist das Gas über eine Druckzapfsäule erstmal im Tank gelandet, wird es dort zumeist in zwei Tanks unter 700 bar beherbergt. Strom entsteht durch die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff, der aus der Umgebungsluft angesaugt wird. Die so erzeugte Energie wird für den Antrieb des Motors verwendet, zurück bleibt nur Wasserdampf. Ab und an bläst sich das System frei, was für allgemeines Aufsehen sorgt, wenn es an der Ampel passiert.

Im Vergleich zum Elektroauto gewinnt das Wasserstoff-Auto vor allem bei den Tankzeiten. Während das Schnellladen an einer Stromzapfsäule immer noch mindestens eine halbe Stunde dauert, bist du mit dem Volltanken eines Wasserstoff-Autos ebenso schnell fertig wie mit herkömmlichen Tankvorgängen. Die Reichweite ist mit Brennstoffzelle ebenfalls deutlich höher. Zwischen 300 und 700 Kilometern erreicht man je nach Modell mit einer Tankfüllung, die zwischen fünf und sechs Kilogramm Wasserstoff fasst. Bei Elektroautos kommen nur die Spitzenmodelle (Tesla, BMW i3) ebenfalls in Regionen oberhalb von 300 Kilometern. Das Gros der E-Autos muss sich mit Reichweiten unter 200 Kilometern begnügen, bei Hybriden liegt die elektrische Reichweite sogar nur bei (teils deutlich) unter 100 Kilometern.

Von den Verbrauchskosten her liegen Wasserstoff-Autos in etwa auf dem Niveau eines Benziners. Die Energiekosten pro 100 Kilometer eines Wasserstoffautos betragen derzeit um die zwölf Euro.

Das klingt prinzipiell alles ganz ordentlich. Wieso bleibt die Wasserstoff-Revolution derzeit trotzdem noch aus?

Fehlende Netzabdeckung, hohe Preise: Hatten wir schon mal!

Das Wasserstoff-Dilemma lässt sich grob mit zwei Schlagworten beleuchten: fehlende Netzabdeckung und hohe Preise.

Das erinnert mich persönlich an den Zustand des Mobilfunks im Jahre 1992, dem Jahr, in dem ich mein erstes D-Netz-Mobiltelefon im Auto installieren ließ. Es war ein Nokia-Gerät zum Festeinbau und kostete 5.000 D-Mark. Für Gespräche mussten pro Minute um die zwei D-Mark bei einer Grundgebühr von monatlich 80 D-Mark auf den Tisch des Hauses gezählt werden. Nicht selten erreichten mich Monatsrechnungen von 700 D-Mark für das mobile Telefonieren. Damals war ich ein Exot. Logischerweise konnte sich das Mobiltelefon bei solchen Preisen nicht als Massenartikel eignen. Hinzu kam noch die grottenschlechte Netzabdeckung, bei der man ständig mit Gesprächsabbrüchen aufgrund der löchrigen Funkmastenverteilung konfrontiert war.

So ähnlich geht es der Wasserstoff-Technologie heute. Die Technik der Brennstoffzelle ist nicht neu und darf generell als marktreif betrachtet werden. Die Verbrennungsvorgänge verlaufen nicht störungsanfälliger als bei anderen Fahrzeugen auch. Ich würde mir den Kauf eines Wasserstoff-Autos durchaus wohlwollend überlegen.

Problem 1: Kaum Tankstellen

Die fehlende Netzabdeckung ist allerdings ein gravierendes Problem. Auf dieser Website kannst du dir die weltweite Verfügbarkeit geeigneter Tankstationen anzeigen lassen. Du wirst nicht lange brauchen, um alle Tankstellen in Deutschland zu zählen. Es handelt sich um weniger als drei Dutzend.

Das bedeutet, dass du mit deinem Wasserstoff-Auto nicht verreisen kannst. Du würdest die nächste Tankstelle nicht erreichen. Kannst du hingegen sicherstellen, dass du nur im Großraum einer Stadt mit H2-Tankstelle unterwegs sein wirst, käme ein Kauf wieder in Betracht. ÖPNV und der Nahtransportverkehr sind dementsprechend quasi natürliche Anwendungsfelder der neuen Technologie.

Beim vom Gas-Hersteller Linde betriebenen Carsharing-Projekt BeeZero mietest du dir tageweise einen von 50 Hyundai iX35 mit Brennstoffantrieb. BeeZero sitzt in München und will die Technologie an die Menschen bringen, und sei es auch nur für Kurztripps ins Umland. Linde positioniert sich als weltweiter Anbieter für die H2-Infrastruktur, verfügt über die erforderliche Logistik und baut H2-Tankstellen. Klar, dass die Firma ein besonderes Interesse daran hat, Wasserstoff als Energieträger zu promoten.

BeeZero: Wasserstoff-Carsharing von Linde. (Screenshot: t3n)
BeeZero: Wasserstoff-Carsharing von Linde. (Screenshot: t3n)

Tankstellenbetreiber, die Wasserstoff ins Angebot aufnehmen wollen, müssen mit Kosten von einer Million Euro aufwärts rechnen. Die Zapftechnik ist nicht trivial. Im Vergleich dazu kostet eine Schnellladesäule für ein Elektroauto unter 100.000 Euro. Ebenfalls zu bedenken ist, dass die meisten Tankstellen von Mineralölgesellschaften betrieben werden. Deren Interesse an der Unterstützung alternativer Energien ist naturgemäß eher gering. Das Versorgungsnetz muss dementsprechend von anderen Interessensgruppen vorangetrieben werden, darunter sind die Fahrzeughersteller sowie jene Firmen, die den Kraftstoff, also das H2, erzeugen.

Gashersteller Linde stellt sich gezielt als ökologisches Unternehmen dar. (Screenshot: t3n)
Gashersteller Linde stellt sich gezielt als ökologisches Unternehmen dar. (Screenshot: t3n)

Glaubt man den Ankündigungen, so wird die Zahl der Zapfstellen bis 2023 auf 400 steigen, was rechnerisch bedeuten würde, dass man alle 90 Kilometer eine H2-Tankstelle finden würde. Selbst das dürfte den meisten potenziellen Nutzern zu wenig sein. Wenn man jetzt noch berücksichtigt, dass solche Ankündigungen sich in der Realität bislang nie bestätigt haben, empfiehlt sich der Kauf eines H2-Autos nicht aufdringlich.

Beispiel gefällig? 2013, also vor relativ kurzer Zeit, kündigte Daimler-Chef Zetsche Wasserstoff-Autos aus eigener Produktion in Stückzahlen von einigen tausend für 2015 an. Gesehen habe ich selbst in 2016 noch keines, zumindest kein Serienfahrzeug.

Problem 2: Wasserstoff-Autos sind zu teuer

In den Neunzigern legte man über 2.000 D-Mark für ein Handy hin, das nur zum Schreiben von SMS und zum Telefonieren geeignet war. Solche Feature-Phones bekommst du heute schon für einen Zehner.

Heute zahlst du für ein Wasserstoff-Auto mehr als das Doppelte vom dem, was du für ein vergleichbares Fahrzeug mit konventionellem Antrieb zahlen müsstest. Toyota und Honda haben es mit ihren Modellen Mirai und Clarity ganz geschickt gelöst. Sie schicken nämlich eigenständige Fahrzeuge mit eigenem Design ins Rennen, die du nicht ohne weiteres mit anderen vergleichen kannst. Bei Hyundai wird die Sache dann schon transparenter.

Hyundai experimentiert nicht, sondern stattet ein etabliertes Design mit Brennstoffzelle aus. (Foto: Hyundai)
Hyundai experimentiert nicht, sondern stattet ein etabliertes Design mit Brennstoffzelle aus. (Foto: Hyundai)

Mit dem Hyundai iX35 Fuel Cell hat der Hersteller ein Fahrzeug am Markt, das es auch ohne den Zusatz Fuel Cell zu kaufen gibt. Für die Variante mit Brennstoffzelle musst du runde 65.000 Euro einkalkulieren. Weitere Details hat mein geschätzter Kollege Gerd Kebschull an dieser Stelle aufgeschrieben.

Die Fahrzeuge von Toyota und Honda liegen nochmal deutlich über diesem Wert. Kaufst du hingegen einen Hyundai iX35 mit konventionellem Antrieb, bist du ab 20.000 Euro dabei. Die Brennstoffzelle verteuert das ansonsten gleiche Fahrzeug preislich also auf mehr als das Doppelte. Ich breche wohl keinen Streit vom Zaun, wenn ich behaupte, dass das eher nicht tauglich ist für den Massenmarkt.

Toyotas Mirai vor einer Wasserstoff-Zapfstation. (Foto: Toyota)
Toyotas Mirai vor einer Wasserstoff-Zapfstation. (Foto: Toyota)

Fazit: Zur Revolution fehlt noch was

Wasserstoff-Autos sind zu teuer und Zapfstellen kaum vorhanden.

Könnte die Wasserstoff-Technologie schon weiter verbreitet sein? Sicher. Es ist wohl eher eine Frage des Wollens und der widerstreitenden Interessen, die den aktuellen Status zu verantworten haben. Auch politisch ließe sich die Entwicklung beschleunigen. Das könnte entweder über strengere Grenzwerte bei konventionellen Antrieben oder aber über großzügigere Förderung der neuen Technologien passieren. Beides scheint in Deutschland nicht durchsetzbar zu sein. Zwar gibt es es durchaus dreistellige Millionenbeträge zur Förderung der Wasserstoff-Technologie, bezogen auf das ganze Land handelt es sich dabei jedoch eher um den berühmten Tropfen auf den heißen Stein. Beschleunigende Wirkung wird das nicht haben.

Was die Fahrzeugpreise betrifft, dürfte man davon ausgehen, dass sie sinken würden, wenn die Verkaufszahlen stiegen. Skaleneffekte sind aber bei den aktuell extrem niedrigen Absatzzahlen nicht zu realisieren.

Müsste ich eine Wette abschließen, würde ich dennoch darauf wetten, dass der H2-Antrieb uns dereinst massenhaft durch die Gegend fahren wird. Denn die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe ist eine unumstößliche Tatsache, die sich nicht erst in hundert Jahren, sondern weitaus früher zu einem Problem manifestieren wird.

Zusammenfassung für Eilige: Wasserstoff-Autos sind eine gute Alternative zu konventionellen Fahrzeugen. Die Umweltbilanz ist, wenn ein paar Bedingungen erfüllt sind, weitaus besser. Ein Schadstoffausstoß im Verbrennungsprozess findet nicht statt. Die Nachteile indes sind gravierend: Das Tankstellennetz ist schlicht nicht vorhanden, was den Alltagsbetrieb schwierig macht. Zudem kosten Wasserstoffautos mehr als das Doppelte eines vergleichbaren Fahrzeugs mit konventionellem Antrieb. Sind die Nachteile allerdings beseitigt, steht dem Marktdurchbruch der Technologie nichts mehr im Wege.

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3 Reaktionen
alfred l

@Paul W.:

1.) Das Wasserstoffauto, wie es oben beschrieben wurde, IST EIN ELEKTROAUO. Was anderes sind die Wasserstoff-Verbrennungsmotoren, die zB bei BMW seit vielen Jahren getestet werden und ebenfalls nicht den Durchbruch gechafft haben.

2.) Da wir mit dem Windstrom und Solarstrom ein Luxusproblem haben: Wir haben ja laut Aussage aller Lobbyorganisationen bekanntlich zuviel davon!, ist das Argument mit der Umweltbilanz mehrfacher Unfug: Erstens wäre die Nutzung des "zuviel erzeugten" Stroms zur Wasserstofferzeugung gut für Ökologische und Ökonomische Bilanz der Anlagen, zweitens ist in diesem Fall der "Wirkungsgrad" sehr egal.
(Über den "Wirkungsgrad" eines Liters Erdöl bis hin zum Benzin und dann über den Wirkungsgrad eines Benzinmotots müssten wir uns dann auch noch unterhalten: 60% der Energie werden im Motor in Abwärme umgewandelt ... und da ist die Energie, die bei der Raffinierung verlorengeht noch gar nicht eingerechnet.)

Paul W.

Okay, dann versuch ich mal einige Dinge klarzustellen bzw. mich ein bisschen genauer auszudrücken:

Erstmal: Mit Elektro-/Wasserstoffauto meine ich nicht die Art des Antriebs, sondern die Quelle, wo der Strom herkommt (bei ersterem eben die Batterie). Dass wir ein Problem mit der Energiespeicherung haben, das stimmt wohl. Trotzdem sehe ich auch hier die Batterie wegen der der höheren Effizienz ggü. Wasserstoff im Vorteil. Außerdem lässt sich eine dezentrale Verbreitung hier schneller umsetzen (Batterien sind auch für Privatwohnungen schon marktreif), wie das aussehen könnte zeigt ja die Tesla PowerWall. Wenn das ein Produkt für jeden Hausbesitzer wird, ergibt das in Summe enorme Speichervolumina und vor allem auch eine, weil dezentral, wahnsinnig hohe Ausfallsicherheit.
Was dann noch dazu kommt: Ohne es mit konkreten Zahlen belegen zu können, glaube ich kaum, dass der heutige Energieüberschuss durch Drei geteilt für ganz Autodeutschland reichen wird. Ergo wird da ein Energiezuschuss nötig sein, und da sind wir ja wieder bei der 1/3-Effizienz. Und mit dieser Effizienz vergleiche ich übrigens nicht Wasserstoff mit Erdöl, sondern Wasserstoff mit Batteriespeicherung ;)

Ein schönes Wochenende Dir noch :)

Paul W.

Bis Wasserstoff-Autos für den Massenmarkt tauglich sind, haben sich die Elektroautos IMHO längst durchgesetzt, die Kritikpunkte Anschaffungspreis, Reichweite und Ladezeit verschwinden ja zunehmend, wenn man sich das Tesla Model 3 anschaut. Und wenn die Ladeinfrastruktur erstmal da ist, halte ich es für unwahrscheinlich, dass da noch Platz für noch eine Technologie ist.

Und auch bei der Umweltbilanz ergeben sich kaum Vorteile: Meines Wissens gehen bei der Um- und Rückumwandlung Energie-Wasserstoff-Energie ca. 2/3 (!) der ursprünglichen Leistung verloren. Wenn man sich überlegt, dass sich die Kosten für den Strom eines Elektrofahrzeugs (was ein Wasserstoffauto ja auch ist) auf ca. die Hälfte derer für ein Dieselfahrzeug belaufen, wären die Kraftstoffkosten bei einem Wasserstoffauto also durch die Umwandlung (0,5*3) 1,5x so hoch wie bei einem Verbrenner... unrentabel.
Daraus ergibt sich Möglichkeit 2 an Wasserstoff zu kommen, und das ist die Umwandlung von Erdgas. Aus der Erfahrung lässt sich erahnen, dass die Industrie wohl immer zur günstigsten Option greifen wird, de facto fährt man also ein überteuertes Erdgasauto.

Und damit ist man wieder beim Preis: Die laufenden Kosten (Kraftstoff) _können_ bei einem Wasserstoffauto die nächsten 15+ Jahre gar nicht unter denen eines herkömmlichen Autos liegen. Und sind wir doch mal ehrlich, das ist doch, wenn die Praxistauglichkeit gegeben ist, das einzig wichtige Kriterium für den Massenmarkt.

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