Einwand “Wasserstoffautos sind besser als Elektroautos” / “Elektroautos sind ein Irrweg, die Zukunft gehört der Brennstoffzelle”
Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.
So schilderte Jules Verne 1870 in seinem Buch “Die geheimnisvolle Insel” die Brennstoffzelle. Entdeckt und beschrieben wurde dieses Prinzip aber bereits im Jahr 1838 von dem deutschen Forscher Christian Friedrich Schönbein und zunächst als “batterisiertes Knallgas” bzw. “galvanische Gasbatterie” bezeichnet. In einer galvanischen Zelle wird die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs (in diesem Fall Wasserstoff) und eines Oxidationsmittels (in diesem Fall Sauerstoff) in elektrische Energie umgewandelt.
Nicht zuletzt aufgrund der Erfindung des Dynamos 1867 durch Werner von Siemens, die Stromerzeugung billig und einfach machte, geriet die Brennstoffzelle jedoch erst einmal wieder in Vergessenheit. Erst in den 1950er Jahren wurde das Prinzip wieder aufgegriffen und fand u. a. in der US-Raumfahrt im Zuge des Gemini- und Apolloprogramms und später in den Space Shuttles Verwendung.
Neben den japanischen Autoherstellern experimentierten in den 1990er Jahren verstärkt auch BMW und Mercedes in Deutschland mit wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen-Fahrzeugen — allerdings noch mit flüssigem Wasserstoff, dessen Kühlung auf ‑252,9 Grad Celsius bei Transport und Lagerung große Schwierigkeiten mit sich brachte. Seit Gründung der Clean Energy Partnership (CEP) 2002 unter Federführung des Bundesverkehrsministeriums wurden Standards eingeführt und eine beachtliche Zahl an Partnern aus der Industrie gefunden, die seither (mehr oder weniger) an einem Strang ziehen.
Angesichts dieser Entwicklungen ist es ist also nicht verwunderlich, dass es gerade bei uns in Deutschland viele Freunde dieser Technologie gibt, und auch in Japan hat der Brennstoffzellenantrieb viele Anhänger. Wenn so viele etablierte Hersteller auf dieses Pferd setzen, kann es ja so falsch nicht sein — oder? Es gibt jedoch auch Hersteller, die da ganz anderer Meinung sind. So bezeichnet Tesla-Chef Elon Musk die Brennstoffzelle — die auf Englisch Fuel Cell heißt — gern reißerisch als “Fool Cell” — Idiotenzelle.1 Im Folgenden analysieren und beurteilen wir nacheinander die immer wiederkehrenden Argumente der Brenstoffzellen-Anhänger in der Auseinandersetzung mit Elektroauto-Befürwortern um die bessere, zukunftsträchtigere Antriebstechnologie.
a. Energieausbeute
b. Reichweite
c. Tankstoppdauer
d. Sicherheit
e. Preis
tldr; — Fazit
a. Energieausbeute
“Wasserstoffautos haben eine bessere Energieausbeute” — Nein.
Um Wasserstoff als Treibstoff einsetzen zu können, muss dieser zunächst gewonnen werden. Denn Wasserstoff ist zwar das häufigste Element im Universum, er ist aber auf der Erde nicht frei verfügbar, sondern existiert erst einmal nur in gebundener Form — vor allem natürlich im Wasser (H₂O). Um die Wassermoleküle in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, ist eine Elektrolyse notwendig, mit der über Zuführung von elektrischer Energie eine Redoxreaktion bewirkt wird. Diese Reaktion wird in einer Brennstoffzelle wieder umgekehrt, wobei die im Wasserstoff gespeicherte Energie in elektrische Energie zurückverwandelt wird, die schließlich die Räder antreibt. Dadurch kann ca. 40% der anfangs zugeführten Energie wieder zurückgewonnen werden.2
Bei Elektroautos hingegen wird die Energie direkt in der Batterie gespeichert und für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet. Auch hier gibt es Verluste. Diese treten beim Ladevorgang auf und betragen je nach Fahrzeugtyp sowie Witterungs- und anderen äußeren Einflüssen3 rund 20%,4 so dass beim Elektroauto rund 80% der zugeführten Energie zum Antrieb verwendet werden kann und nicht nur 40% wie beim Brennstoffzellenantrieb.
Mit anderen Worten: Wenn der Umweg über Elektrolyse/Brennstoffzelle beschritten wird, steht zum Antrieb des Fahrzeugs letztlich nur etwa halb soviel Energie zur Verfügung wie bei der direkten Speicherung der elektrischen Energie in einer Batterie. Elon Musk fasst dieses Dilemma des Brennstoffzellenantriebs und die Konsequenz daraus mit klaren Worten zusammen:5
Wenn wir also die Wahl haben, entweder eine Batterie direkt mit einer Solarzelle aufzuladen oder aber Wasser aufzuspalten, den Wasserstoff zu nehmen, den Sauerstoff zu entsorgen, den Wasserstoff unter extrem hohem Druck zu komprimieren oder zu verflüssigen, um ihn dann in ein Auto mit Brennstoffzelle zu transferieren — dann ist die zweite Option nur etwa halb so effizient. Sie ist miserabel. Warum sollte man das tun? Es ergibt einfach keinen Sinn.
Die Energieausbeute des Brennstoffzellenantriebs ist sogar noch geringer, wenn man die unvermeidlichen Verluste durch die extrem hohe Flüchtigkeit des Wasserstoffs einrechnet — und den Energieaufwand für den Transport des Gases zur Tankstelle. Dies wird sehr deutlich in einer diesbezüglichen Studie der University of California in Irvine von August 2014, die zu dem Ergebnis kommt, dass der Energieaufwand bei Wasserstoffautos (in kWh pro Meile) zwei- bis dreimal so hoch ist wie bei reinen Elektroautos.6 Ein älterer Fachartikel über Hybridfahrzeuge von 2006 kam sogar zu dem Schluss, dass reine Stromer mit einer Kilowattstunde drei- bis viermal soweit kommen wie Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge:7
Beim gesamten Prozess der Elektrolyse, des Transports, Pumpens und der Brennstoffzell-Umwandlung blieben nur etwa 20 bis 25 Prozent der ursprünglich zugeführten 100% regenerativen elektrischen Energie übrig, um den Motor anzutreiben. Bei einem Plug-in Hybrid dagegen bliebe beim Prozess der elektrischen Übertragung und Aufladung der Bordbatterie 75 bis 80 Prozent des zugeführten Stroms für den Antrieb erhalten. Ein Plug-in Hybrid sollte demzufolge also mit der gleichen zugeführten regenerativen Energiemenge gut drei- bis viermal soweit kommen wie ein wasserstoffbetriebenes Brennstoffzellen-Fahrzeug.
Der Schweizer Brennstoffzellen-Experte Ph.D. Dipl. Ing. Ulf Bossel kommt zu einem ähnlichen Ergebnis: Von 100 kWh Primärenergie können bei direkter Speicherung im Elektroauto 69 kWh für den Antrieb genutzt werden, beim Wasserstoffauto dagegen bestenfalls 23 kWh.8 Das Schaubild aus seinem Buch “Energiewende zu Ende gedacht” (2014) macht den Energieverlust über den Zwischenträger Wasserstoff eindrucksvoll deutlich:
In seiner Publikation “Ist eine Wasserstoffwirtschaft sinnvoll?” kommt Ulf Bossel darum auch zu folgendem Fazit:9
Wasserstoff kann den Kampf gegen seine eigene Energiequelle [Strom] nicht gewinnen. Darum ist die Frage: “Ist eine Wasserstoffwirtschaft sinnvoll?” mit einem bedingungslosen “NIEMALS” zu beantworten. Eine globale Wasserstoffwirtschaft hat weder eine Vergangenheit noch eine Gegenwart oder Zukunft!
Die miserable Energieeffizienz des Wasserstoffautos schlägt sich natürlich auch in der CO₂-Bilanz nieder: So fallen bei einer Erzeugung des Wasserstoffs mit Energie aus dem aktuellen deutschen Strommix Emissionen von fast 400 g CO₂ pro km an.10 Das ist mehr als die größten SUVs und Sportwagen in die Luft blasen. Stromer dagegen stehen im CO₂-Vergleich auch heute schon besser da als selbst die emissionsärmsten Verbrenner (Die Autoren dieses Textes werden sich zeitnah in einem eigenen Artikel ausführlich diesem Thema widmen).
Der einzige Vorteil von Wasserstoffautos gegenüber Verbrennern ist somit, dass sie ebenso wie Elektroautos lokal emissionsfrei fahren, was die Schadstoffbelastung in den Städten deutlich vermindert. Das ändert aber nichts an der Tatsache, dass auch bei 100%ig regenerativer Energieerzeugung für ein Brennstoffzellenauto mindestens zwei- bis dreimal soviel saubere Energie erzeugt werden müsste wie für reine Elektroautos, was energiepolitisch vorsichtig ausgedrückt wenig sinnvoll ist.
b. Reichweite
“Wasserstoffautos haben eine größere Reichweite” — Ja, noch, ABER…
Schauen wir zunächst auf die Elektrofahrzeuge: Das meistverkaufte Elektroauto weltweit ist der Nissan Leaf mit insgesamt über 180.000 Stück (Stand Dezember 2015) zu einem Preis ab ca. 24.000 Euro bei Akkuleihe; es hat im Realbetrieb11 je nach Modell eine Reichweite von rund 140 bzw. 190 km. Der bisherige BMW i3 hat eine tatsächliche Reichweite von rund 130 km (ohne verbrennungsmotorbasierten Range Extender) und das neue Modell mit größerem Akku kommt etwa 210 km weit12) und ist je nach Akkugröße ab 35.000 bzw. 36.000 EUR erhältlich. Der weltweite Absatz des i3 liegt bis Ende 2015 bei rund 40.000 Stück.
Teslas Model S, das die obere Mittel- bis Luxusklasse seit 2012 mit weltweit gut 80.000 zugelassenen Fahrzeugen (Stand Frühjahr 2016) zu einem Preis ab ca. 77.000 Euro im Sturm erobert hat, kommt je nach Modell auf eine reale Reichweite von 350 bis 390 km. Ähnlich sieht es beim Model X aus, das ab ca. 100.000 Euro zu haben ist. Das für Ende 2017 angekündigte Model 3 von Tesla, das Ende März 2016 erstmals vorgestellt wurde, dürfte bei einem Preis von ca. 40.000 EUR eine reale Reichweite von rund 240 km erreichen und hat bereits in den ersten drei Tagen
nach Bestelleröffnung über 250.000 Vorbestellungen eingesammelt. Der für 2017 angekündigte Chevrolet Bolt dürfte bei einem Preis von ca. 42.000 EUR real rund 230 km schaffen.
Hier nochmal die Eckdaten der wichtigsten aktuellen und angekündigten Elektroautos im Überblick:
| Preis abzüglich der Elektroauto-Prämie | Verkauft gesamt | Reichweite NEFZ 13 | Geschätzte reale Reichweite (NEFZ minus 30%) |
|
| Nissan Leaf | ab 34.000 EUR | ~ 180.000 Stück | je nach Modell 199 bzw. 250 km | 140 bzw. 175 km |
| BMW i3 | ab 35.000 bzw. 36.000 € | ~ 40.000 Stück | 190 km, seit Mitte 2016 auch 300 km | 130 bzw. 210 km |
| Tesla Model S | ab 77.000 € | ~ 80.000 Stück | je nach Modell 410 bis 610 km | 290 bis 430 km |
| Tesla Model 3 | ab 40.000 € | 14 | ~405 km | ~295 km |
| Chevy Bolt | ab 42.000 € | Verkauf beginnt im 4. Quartal 2016 | 450 km | 315 km |
Wasserstoff-Fahrzeuge sind derzeit noch Mangelware. Nach extrem langer Entwicklungs- und Vorlaufzeit (bei Toyota seit 1992) werden seit kurzem die ersten seriengefertigten Wasserstoffautos angeboten. Den Anfang machte Hyundai mit dem in Kleinserie gefertigen ix35 FCEV, der seit Mitte 2013 als Leasingfahrzeug an ausgewählte Firmenkunden ausgeliefert wird und seit Mitte 2015 auch von Privatkunden gekauft werden kann. Für 78.000 EUR erhält man einen Kompakt-SUV mit real rund 480 km Reichweite.15 Toyota vertreibt seit Ende 2014 (Japan) bzw. September 2015 (Deutschland) das erste in Großserie gefertige Wasserstoffmodell: den der Mittelklasse zuzuordnenden Toyota Mirai (siehe Titelbild), der ca. 78.000 Euro16 kostet und eine Reichweite von rund 400 km17 hat.
Wasserstoffautos haben also bei der Tankfüllungs-Reichweite derzeit mehr oder weniger deutlich die Nase vorn.
Dieser Vorteil wird jedoch durch den Umstand in Frage gestellt, dass es an einer ausreichenden Ladeinfrastruktur für Wasserstoffautos mangelt. Während in Deutschland für eine flächendeckende Versorgung rund 1.000 Tankstellen notwendig wären, gibt es derzeit nur knapp 40.18 Laut der Industriegemeinschaft CEP ist ein Ausbau auf 400 Stück bis 2023 geplant.19 Ob dieses Ziel erreicht werden kann, steht in den Sternen — bislang verlief der Ausbau schleppend.20
Strom bekommt man dagegen nahezu überall, unter anderem natürlich zu Hause an der eigenen Steckdose. Deutschlandweit gibt Stand Mitte 2016 knapp 5000 öffentliche Schnellladestationen mit einer Leistung von bis zu 50 kW,21 und die im April 2016 durch die Bundesregierung beschlossene Förderung soll für die Errichtung von bis zu 15.000 weiteren Säulen sorgen.22 Hinzu kommen bei Tesla-Fahrzeugen die aktuell 55 Supercharger-Stationen entlang vielbefahrener Strecken (Stand Mitte 2016), die eine Schnellladung mit aktuell bis zu 145 kW ermöglichen.23 Bis Ende 2017 soll die weltweite Anzahl aller Supercharger-Stationen von derzeit gut 3600 Stück verdoppelt werden.24
Angesichts dieser Umstände ist klar ersichtlich, welcher Autofahrer mehr Reichweitenangst haben muss, wenn er quer durch Deutschland fahren will: der eines Elektroautos mit 200 km Reichweite oder der eines Wasserstoffautos mit 400 km Reichweite? Während der Elektroautofahrer bedenkenlos durchs ganze Land fahren kann, weil überall öffentliche Nachlademöglichkeiten zur Verfügung stehen, muss der Wasserstoffautofahrer seine Route schon sehr genau planen, um nicht ohne Kraftstoff liegenzubleiben: Will er beispielsweise von Nord nach Süd oder umgekehrt, so MUSS er über den Raum Köln fahren (Stand Mitte 2016). — Und wer keine Wasserstofftankstelle in der Nähe seines Wohnortes hat, kann mit einem Wasserstoffauto sowieso nichts anfangen.
Weiterer Ausbau der Infrastruktur
Strom-Schnellladestationen sind vergleichsweise günstig zu bauen, denn die Anbindung ans lokale Stromnetz erfolgt in der Regel ohne größere Schwierigkeiten. Die europäische 50 kW-Standardvariante kostet rund 25.000 Euro pro Ladesäule,25 für Teslas Supercharger liegen dagegen keine gesicherten Zahlen vor. Schätzungen gehen allerdings von einem niedrigen sechsstelligen Betrag für einen Lade-Standort aus.26) Die Kosten für die Einrichtung einer Wasserstoff-Tankstelle werden dagegen aktuell auf knapp 1 Mio. Euro geschätzt,27 der Preis soll bei steigender Nachfrage aber möglicherweise auf 700.000 EUR sinken.28
Angesichts der großen Preisdifferenz beim Infrastrukturaufbau sowie des Umstands, dass weltweit bald 1,5 Millionen Elektroautos auf den Straßen sind,29 während die Zahl der Wasserstoffautos mit weltweit maximal 3.000 und ganzen 11 (in Worten: elf!) Mirais in Deutschland30 im Vergleich dazu verschwindend gering ausfällt, ist auf absehbare Zeit nicht damit zu rechnen, dass sich an der aktuellen Versorgungsdiskrepanz etwas ändert.
Unterm Strich ist also die größere Reichweite von Wasserstoffautos pro Tankfüllung ohne die entsprechende Infrastruktur nicht viel wert — und auch diesen Vorsprung könnten die Wasserstoffautos bald einbüßen, wenn man den Aussagen der aufblühenden Batteriebauerbranche Glauben schenkt, die nicht nur bei der Senkung der Fertigungskosten, sondern auch bei der Akkukapazität bereits in wenigen Jahren noch viel Luft nach oben sehen.
Ausblick: Zu erwartende Steigerung der Akkukapazität durch technischen Fortschritt
Allein durch die anlaufende Massenproduktion von Batterien ist in den kommenden Jahren mit einer deutlichen Kostenreduktion von mindestens 30% zu rechnen, wie Tesla für seine im Juli 2016 eröffnete Gigafactory vorrechnet.31 Bei 50% niedrigeren Kosten könnte die Reichweite eines Fahrzeugs bei gleichbleibendem Batteriepreis verdoppelt werden, sofern auch das Volumen entsprechend schrumpft.
Außerdem könnten die bisher gebräuchlichen Batterien schon bald durch eine neue Akkutechnologie abgelöst werden: Bosch, der größte Automobilzulieferer der Welt, hat 2014 mit GS Yuasa und Mitsubishi ein Joint-Venture namens “Lithium Energy and Power” gegründet und 2015 das kalifornische Startup seeo gekauft. seeo hat mit der sogenannten Festkörperzelle eine neue Art von Lithium-Akku entwickelt, die bahnbrechende Eigenschaften haben soll: im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus doppelte Kapazität bei gut der Hälfte der Größe, 30% weniger Gewicht, mindestens gleich guter Haltbarkeit und geringeren Produktionskosten.32 Nach Angaben von Bosch wird die neue Technologie spätestens 2020 serienreif sein. Diese und ähnliche Initiativen anderer Entwickler sorgen in der Branche bereits für große Zuversicht.33 Wenn sich die Ankündigungen bewahrheiten, werden die Karten beim Thema Reichweite bereits in wenigen Jahren vollkommen neu gemischt — so dass Elektroautos bei gleichem oder geringerem Anschaffungspreis schon etwa im Jahr 2020 eine ähnliche Reichweite haben könnten wie Wasserstoffautos.
c. Tankstoppdauer
“Wasserstoffautos lassen sich schneller betanken.” — Ja, aber Elektroautos müssen seltener unterwegs tanken.
Mit Elektroautos funktioniert das klassische Bild vom Tanken nicht mehr: Elektroautos werden in der Regel dann aufgeladen, wenn sie geparkt werden, z.B. zu Hause oder am Arbeitsplatz. Im Alltag eines normalen Elektroautofahrers erfolgt so ein Ladevorgang ohne teure (Schnelllade-)Infrastruktur und dauert daher mehrere Stunden, wofür während der Arbeitszeit bzw. in der Nacht allerdings genügend Zeit ist.
Wenn man dann ausnahmsweise einmal eine längere Strecke fahren muss, stehen einem zahlreiche öffentliche Ladestationen zur Verfügung: Im besten Fall erhält man mit einem Model S von Tesla mit einem Tesla-Supercharger binnen ca. 30 Minuten eine Reichweitenerhöhung von rund 270 km.34 Selbst das Aufladen an der schnellsten Ladestation ist also mit dem gewohnt minutenschnellen Volltanken fossilen Treibstoffs nicht wirklich vergleichbar. Wasserstoff-Tankstellen haben hier eindeutig die Nase vorn: Nach Angaben von Toyota dauert es ähnlich wie bei herkömmlichen Kraftstoffen nur fünf Minuten, den Mirai vollzutanken — wenn man denn eine Tankstelle gefunden hat.
Es stellt sich aber die Frage, ob die Dauer des Tankvorgangs wirklich so relevant ist, wenn man sein Fahrzeug nahezu überall an jedem Start- und Zielort an das normale Stromnetz anschließen kann. Denn während Wasserstoffautos wie herkömmliche Verbrenner auf Tankstellen angewiesen sind, gilt dies für Elektroautos nicht. Viele Elektroautobesitzer scheinen allerdings die alten Gewohnheiten noch nicht abgelegt zu haben, wie Tesla-CEO Elon Musk kürzlich feststellte.35
Die Leute sind es seit jeher gewohnt, zu einer Tankstelle zu fahren, um zu tanken, das macht man einfach so. […] Sie fahren also zur Supercharger-Station, um zu tanken, weil man es immer so gemacht hat. Idealerweise sollte man sein Elektroauto aber da laden, wo man auch sein Handy auflädt. Oder würden Sie Ihr Handy vielleicht an einer Tankstelle aufladen?
Da Tesla Bedenken hatte, dass seine Kunden die vergleichsweise langen Ladezeiten stören könnten, hat das Unternehmen in Kalifornien eine Technik im Live-Betrieb getestet, mit der es möglich war, beim Model S den Akku robotergesteuert innerhalb weniger Minuten durch einen vollen austauschen zu lassen — ebenso schnell wie bei einem Verbrenner-Tankstopp. Dies stieß bei den Kunden jedoch auf so wenig Interesse, dass dieses Projekt schließlich eingestellt wurde.36 Offenbar haben die Supercharger-Ladepausen die betroffenen Fahrer also nicht wirklich gestört — oder der Akkutausch wurde schlicht nicht benötigt, weil die gefahrenen Strecken zu kurz waren und eben meist am Start- oder Zielort getankt wurde.
Dies deckt sich mit Zahlen aus Deutschland: Nach Angaben des Statistischen Bundesamts lag die durchschnittlich mit dem Pkw zurückgelegte Strecke pro Weg im Jahr 2010 bei gerade einmal 16 km.37 Und aus einer Studie von 2007 geht hervor, dass in Deutschland mit dem Pkw im Schnitt an 80% der Tage eines Jahres nur Strecken unter 40 km Länge gefahren werden; diese Strecken machten mehr als die Hälfte der jährlichen Fahrleistung aus.38 Die allermeisten Fahrten und ein Großteil der gesamten Fahrtstrecke eines Pkw werden also auf kurzer Strecke und oftmals im Stadtverkehr zurückgelegt, wo selbst die heute erhältlichen erschwinglichen Stromer mit ihrer geringen Reichweite ausreichen, weil sie nachts zu Hause oder tagsüber am Arbeitsplatz aufgeladen werden können. Die allermeisten Menschen in Deutschland legen nur äußerst selten, beispielsweise im Urlaub, wirklich lange Fahrten mit dem Auto zurück.
Das Supercharger-Netzwerk von Tesla ist für lange Fahrten eine Lösung, die zwar anfangs etwas gewöhnungsbedürftig ist, aber offenkundig ausgezeichnet funktioniert und gut angenommen wird. Ein ZEIT-Redakteur, der mit einem Model S von Tesla für 900 km statt rasend 8,5 rund 10,5 Stunden gebraucht hat, beschreibt diese Erfahrung mit folgenden Worten:39
Es ist ein Reisen wie aus einer anderen Zeit, das einem ausgerechnet das Auto aus dem Silicon Valley abverlangt. Gemächlich und, hat man seine Gefühle erst mal im Griff, entspannend. Normalerweise ist man nach so einer Tour gerädert. Jetzt aber fühlen sich die zwei Stunden mehr im Vergleich zu den Rasern an wie zwei weniger. Entspannung macht sich breit.
In der Branche wird damit gerechnet, dass Tesla die Ladeleistung seiner Supercharger von heute bis zu 135 KW40 mittel- bis langfristig auf 150 KW erhöht, was den Abstand zum “normalen Tankstopp”, sei es mit Benzin oder Wasserstoff, für lange Strecken weiter verringern wird. Dagegen sehen die europäischen Standard-Schnellladestationen mit 50 KW (siehe Abbildung 10) leider heute schon alt aus.
Wasserstoffautos sind also bei der Dauer eines Tankstopps klar vorn, Elektroautos dagegen müssen im Durchschnitt viel seltener überhaupt unterwegs zur Tankstelle — und die Reichweiten steigen (siehe b. Reichweite).
d. Sicherheit
“Wasserstoffautos sind sicherer.” — Nein.
Im Bereich der Produktion attraktiver und innovativer Elektroautos hat Tesla eine Vorreiterrolle inne und steht daher spätestens seit der Vorstellung seines geplanten Massenmodells 3 besonders im Fokus der Medien. Das US-Unternehmen hat mit seinen Modellen S41 und X42 jeweils die höchsten Unfallsicherheitsnormen übererfüllt. Die Fahrzeuge gehören damit zu den sichersten Autos, die es gibt. Dass Tesla diese höchsten Sicherheitsstandards vergleichsweise leicht erreichen konnte, ist konzeptionell bedingt: Aufgrund des fehlenden Verbrennungsmotors ist die vordere Knautschzone wesentlich größer als bei konventionellen Pkws.43 Die Elektromotoren sind viel kleiner als ein Verbrennungsmotor und befinden sich direkt auf der Achse. Zudem sorgt die großflächige Batterie im Unterboden des Fahrzeugs für einen niedrigen Schwerpunkt und damit eine sehr gute Straßenlage.44
Wasserstoffautos hingegen brauchen zusätzlich zu der kleinen Batterie und dem Elektromotor viel Platz für die Wasserstofftanks und die Brennstoffzelle. Beim Toyota Mirai ist daher im Vergleich zu einem herkömmlichen Verbrenner kein offensichtlicher baulicher Vorteil zu erkennen:45
Insbesondere bei einem Frontalaufprall haben Elektroautos also klare Vorteile.46
Als mutmaßlich große Gefahrenquelle von Elektroautos haben Kritiker allerdings die Batterie ausgemacht. Sie stellt die Rettungskräfte bei einem Unfall zweifellos vor neue Herausforderungen, die jedoch dank der klaren Instruktionen zu meistern sind.47 Etwa ein Jahr nach Produktionsbeginn des Model S kam es innerhalb relativ kurzer Zeit zu drei Unfällen (allesamt ohne Personenschaden), bei denen das Fahrzeug jeweils Feuer fing. Das Medienecho war groß und es entstand der Eindruck, dass Elektroautos eine gefährlicher seien als herkömmliche Pkw. 2013 wurde darum bereits geunkt, dass Tesla vor dem Aus stehe. Dass im selben Zeitraum in den USA rund 250.000 Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in Flammen aufgingen, dabei 400 Menschen starben und rund 1200 schwer verletzt wurden, entging den Medien allerdings. Darüber äußerte Tesla-Chef Musk sich in einem ausführlichen Blogeintrag überaus verbittert.48
Die Batterie eines Elektrofahrzeugs kann allerdings durchaus ein Brandherd sein, zumindest noch beim aktuellen Stand der Technik. Je nach Zusammensetzung, Temperatur und anderen Faktoren ist sogar eine Selbstentzündung bei gewaltsamer Außeneinwirkung möglich, weshalb Hersteller wie Tesla große Anstrengungen unternehmen, die Batterie zu schützen, zum Beispiel mit einer Unterboden-Titanverkleidung und aktivem Kühlsystem.
Aufgrund der immer noch geringen Verbreitung von Elektrofahrzeugen (Stand 2016) gibt es noch keine aussagekräftigen Untersuchungen mit belastbaren Zahlen über die Brandgefahr im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Die Anzeichen aber mehren sich, dass Stromer sicherer sind.49 Die Ursache dafür erscheint logisch und ist ebenfalls konzeptionell bedingt:
Ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor führt nicht nur einen Tank mit hochbrennbarem flüssigem Treibstoff mit sich, sondern hat auch ein kompliziertes System von Treibstoffleitungen, Zündelektronik, ein Abgassystem mit Katalysator und vieles mehr. All dies entfällt bei einem Stromauto. Grundsätzlich haben Stromer VIEL weniger bewegliche Teile als Verbrenner,50 und einfachere Technik kann auch nicht nicht so leicht kaputtgehen, geschweige denn Feuer fangen.51 Darüber hinaus sind die Zukunftsaussichten für Stromer überaus positiv: Mit der Lithium-Festkörperzelle kündigt sich ein neuer Akku-Typus an, der nicht mehr brennen kann.52
Abgesehen davon, dass Elektroautos also nicht so leicht Feuer fangen wie herkömmliche Autos mit Verbrennungsmotor, brennen die Batteriepacks im seltenen Falle eines Falles nach Angaben von Tesla auch wesentlich langsamer als ein Feuer, das sich aus Benzin-/Dieseltreibstoff speist. Darüber hinaus ist die Tesla-Fahrgastzelle durch eine mehrschichtige Firewall vom Batteriepack getrennt, so dass Elektroautofahrer auch dadurch besser vor den Folgen eines Fahrzeugbrands geschützt sind.
Und Wasserstoffautos? Dazu liegen naturgemäß noch keine belastbaren Zahlen vor, da der Hyundai ix35 FCEV und der Toyota Mirai erst seit wenigen Jahren und zudem in sehr geringer Stückzahl (wenige Tausend) auf den Straßen sind (Stand Mitte 2016). Grundsätzlich ist ein Wasserstoffauto nichts anderes als ein Elektroauto, das statt der großen Traktionsbatterie eine Brennstoffzelle, einen Wasserstofftank und das damit verbundene Treibstoffleitungssystem hat, was im Vergleich zu einem reinen Stromer allgemein schon mal die Anzahl der Teile erhöht, die kaputtgehen können. Der Toyota Mirai hat zwei große Tanks mit je 60 Liter Volumen, in die der Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar hineingepumpt wird; dies reicht auf dem Papier für ca. 7,2 kg Wasserstoff. Gasbetriebene Fahrzeuge mit ihrem Hochdrucktank bringen konzeptbedingt eine zumindest theoretische Explosionsgefahr mit sich. Das Risiko einer solchen Explosion mag zwar verschwindend gering sein, denn der Gastank ist wie bei Verbrennungsmotoren stets an der am besten geschützten Stelle im Fahrzeug untergebracht und darauf ausgelegt, auch große Schockbelastungen zu überstehen. Bei einem Unfall könnte es aber im Extremfall durch eine Beschädigung des Hochdrucktanks zu einer plötzlichen heftigen Energieentladung kommen, die ohne Zweifel für Insassen wie Rettungskräfte sehr gefährlich wäre. Beim heutigen Stand können die Helfer am Unfallort in der Regel gar nicht wissen, dass sie sich beim Rettungsversuch womöglich in Gefahr begeben, weil Autos mit Gastank von außen nicht eindeutig als solche zu erkennen sind. Bei einem Unfall eines Erdgasautos in Norddeutschland hatte dies fatale Folgen: Neben dem verstorbenen Fahrer wurden zehn Feuerwehrleute durch eine Explosion verletzt, fünf davon schwer.53
Mit Wasserstoff-Fahrzeugen ist es bislang allerdings noch nicht zu einem solchen Fall gekommen, wohl auch dank des Umstands, dass die Zahl dieser Autos noch viel zu gering ist. Bei einem Versuch in den USA wurde ein Wasserstoff-Fahrzeug testhalber mit einem Leck versehen und dieses angezündet. Der Test ergab, dass sich der Wasserstoff sehr schnell mit einer hohen Stichflamme verflüchtigte und es nicht zu einer Explosion kam.54 Ob dieses Ergebnis auf eine höhere Explosionssicherheit im Vergleich zu Erdgasautos schließen lässt, muss die Zukunft zeigen.
Der Treibstoff stellt die Hersteller allerdings in jedem Fall vor große sicherheitsbezogene Herausforderungen. Tesla-CEO Elon Musk äußerte sich zu den Gefahren des Wasserstoffs mit folgenden Worten:55
Wasserstoff hat eine extrem geringe Dichte. Es ist ein gefährliches Molekül, mit der Tendenz, sich schnell überall hin auszubreiten. Es macht Metalle spröde, und gibt es ein Leck, ist es nicht sichtbar. Es ist extrem leicht entzündlich und hat eine unsichtbare Flamme. Wenn man also einen Mechanismus zur Speicherung von Energie sucht, ist Wasserstoff eine sehr, sehr dumme Wahl.
Unterm Strich lässt sich also aufgrund der mangelnden Daten bislang nicht sagen, ob Brennstoffzellen-Fahrzeuge sicherer sind als herkömmlich angetriebene Fahrzeuge. Beim Elektroauto hingegen spricht einiges dafür, dass es sicherer ist als herkömmliche Autos — sowohl dank seiner günstigeren Fahreigenschaften (Unfallprävention) als auch im Bereich der passiven Sicherheit (Knautschzone) und beim Thema Brandgefahr.
e. Preis
“Wasserstoffautos/der Treibstoff Wasserstoff sind günstiger.” — Nein.
Da es bislang mit dem Hyundai ix35 und dem Toyota Mirai lediglich zwei frei verkäufliche Wasserstoffautos gibt, die für einen Kaufpreis von jeweils 78.000 EUR für einen Kompakt-SUV bzw. ein Mittelklassemodell mit mittelmäßigen Fahrleistungen nicht gerade ein Schnäppchen sind, ist diese Behauptung eindeutig zurückzuweisen. Zwar zahlt man auch für Stromer bislang einen nicht unerheblichen Aufpreis, aber für 2017 sind mit dem Chevrolet Bolt und dem Tesla Model 3 zwei Fahrzeuge angekündigt, die bei einem vergleichsweise moderaten Preis von rund 40.000 EUR eine größere Reichweite bieten sollen als die allermeisten bislang verfügbaren Stromer.
Und die Antriebskosten? Wenn man einmal von möglicher Subventionierung absieht, muss Wasserstoff allein schon deshalb pro kWh teurer sein als Strom, weil beim Wasserstoffauto chemisch bedingt weit mehr als die Hälfte der Primärenergie auf dem Weg bis zum Antrieb verloren geht, beim direkten Stromer hingegen nur rund ein Fünftel (siehe a. Energieausbeute).56
tldr; bzw. FAZIT
Ausblick Marktchancen
Die Brennstoffzelle könnte im Rahmen der Entwicklung des Wasserstoffautos bald erneut das Schicksal ereilen, das sie bereits im 19. Jahrhundert nach ihrer Entdeckung erdulden musste: Sie könnte schon in naher Zukunft durch eine effizientere Technik obsolet werden. Denn wie damals aufgrund der Erfindung des Dynamos schickt sich nun die Elektromobilität dank ihrer einfacheren, effizienteren und besser etablierten Technik an, die Brennstoffzelle abzuhängen und auf den Schrottplatz der Automobilgeschichte zu verweisen. Elektroautos haben bereits heute Eingang in den Alltag gefunden, auch wenn sich ihre Verkaufszahlen im Vergleich zu Verbrennern noch im Promillebereich bewegen. Wasserstoffautos hingegen finden auf deutschen Straßen bislang nicht statt, und angesichts der Umstände ist es weder absehbar noch wünschenswert, dass sich daran etwas entscheidend ändern wird.
Für Elektroautos hingegen sieht bereits die unmittelbare Zukunft geradezu rosig aus: Die Absatzzahlen von Tesla etwa eilen von Rekord zu Rekord und übersteigen in der Luxusklasse in vielen Regionen der Welt bereits die der etablierten Hersteller. Die Anzahl der Vorbestellungen für das Model 3 zeigen ein neues enormes Potential auch für den Durchbruch im Massenmarkt. Die Elektromobilität steht dabei zwar noch vor riesigen Herausforderungen — aber die Hersteller von Wasserstoffautos wären froh, wenn Sie auch nur annähernd so weit wären.
Reichweite
Beim aktuellen Stand der technischen Entwicklung haben Brennstoffzellenautos noch eine größere Reichweite und können deutlich schneller betankt werden als Elektroautos. Doch die Wasserstoff-Tankstelleninfrastruktur ist nach wie vor völlig unzureichend, während Stromautos an jeder Steckdose oder an einer der 5000 öffentlichen Schnellladestationen in Deutschland aufgeladen werden können. Zudem müssen Elektroautos schlicht seltener unterwegs geladen werden. Ob man abgesehen von dieser aktuellen Faktenlage den Versprechungen Glauben schenkt, dass bis 2023 eine halbwegs ausreichende Abdeckung an Wasserstoff-Tankstellen erreicht wird, oder den in der E‑Mobilitäts-Branche erwarteten Fortschritten bei Stromspeichertechnik, Akkuleistung und Preisreduzierung durch die anlaufende Massenfertigung, ist derzeit nicht mehr als eine Frage der persönlichen Präferenz.
Sicherheit
Zum Thema Sicherheit gibt es noch keine Vergleichszahlen. Sicher ist: Die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff sind für die Nutzung im Alltag denkbar ungeeignet und können nur mit großem technischen Aufwand in Zaum gebracht werden. Die Vorstellung, dass, wenn es nach einigen Konzernen und Lobbygruppen geht, auf deutschen Straßen schon bald Millionen von Fahrzeugen mit Hochdrucktanks unterwegs sein sollen, die mit leicht entzündlichem und explosivem Wasserstoff gefüllt sind, kann man mit Fug und Recht zumindest als beunruhigend bezeichnen. Dem entgegen steht die geradezu simple Technik des reinen Elektroantriebs. Das einfache Konzept scheint wie geschaffen für die motorisierte Mobilität, bietet es doch mehrere logisch nachvollziehbare Vorteile gegenüber der herkömmlichen Bauweise, insbesondere die deutlich geringere Anzahl von Verschleißteilen, eine bessere Straßenlage, größere Knautschzonen und besseren Brandschutz.
Energieeffizienz
Der größte Minuspunkt für die Brennstoffzelle ist und bleibt aber die miserable Energieeffizienz. Für Wasserstoffautos wird mindestens doppelt, wenn nicht dreimal so viel Strom pro gefahrenen Kilometer benötigt. Bei einer angenommenen Umstellung des gesamten deutschen Pkw-Fuhrparks auf Wasserstoff- oder Elektroautos erschwert bzw. verzögert das Wasserstoffauto die Energiewende im Vergleich ganz erheblich, denn es müssten zwei- oder dreimal soviel regenerative Energiequellen geschaffen werden, um die schlechte Energieausbeute auszugleichen. Für viele Befürworter der Dekarbonisierung ist dieser Punkt allein schon ausreichend, um die Wasserstoffwirtschaft als Irrweg zu erkennen. Denn warum in alles in der Welt sollte man zur Bekämpfung des durch die Verfeuerung fossiler Brennstoffe bedingten Klimawandels ausgerechnet auf eine Technik setzen, für deren Nutzung (Wasserstoffproduktion) noch weit mehr fossile Brennstoffe benötigt werden — und die zudem aufgrund ihrer Ineffizienz auch noch zur Folge hätte, dass sich der Ausstieg aus der fossilen Ära um Jahrzehnte verzögern würde?
Unterm Strich ist somit klar ersichtlich, dass die Brennstoffzelle nicht der richtige Weg für den massenhaften Einsatz im Individualverkehr als Ersatz für den Verbrennungsmotor ist. Für einige Anforderungsprofile mag sie derzeit eine denkbare Alternativlösung sein, aber die Vorzüge des Elektroautos als Zukunftsmodell sind schon jetzt in vielen Punkten offensichtlich und treten immer deutlicher hervor, je weiter die Entwicklung voranschreitet.
Hier ist nach Meinung der Autoren auch die Ursache darin zu sehen, dass die Hersteller wie Toyota überhaupt weiter auf die Brennstoffzellentechnik setzen: Die Entwicklung der Wasserstoff-Fahrzeuge begann Anfang der 90er Jahre, als reine Stromer aufgrund der damals noch miserablen Batterie-Energiedichte hoffnungslos unterlegen waren. Aus damaliger Sicht hätten Brennstoffzellen durchaus Sinn gemacht, weil SIE der einzige Weg zum langfristigen Verzicht auf fossile Brennstoffe für Langstrecken gewesen wären. Seither hat es aber neue Entwicklungen gegeben – insbesondere angestoßen durch die Batterieentwicklung von Tesla (nicht zuletzt mit dem Bau der Gigafactory) – die eine bessere Alternative als die H‑Brennstoffzelle hervorgebracht haben. Da Toyota und andere Hersteller ihre jahrzehntelangen Milliardeninvestitionen aber offenkundig nicht einfach abschreiben wollen, halten sie (wie die Autoren vermuten: wohl wider besseres Wissen) an dieser überholten Technik fest, in der Hoffnung, damit doch noch Geld verdienen zu können.
Toyota und andere Hersteller werden sich aber letztlich fragen müssen, ob sie es sich leisten können, die Käufer von Wasserstoff-Fahrzeugen als Kunden womöglich dauerhaft zu verprellen, denn diese werden sich getäuscht fühlen, wenn sie erkennen, dass die sauberen Werbeversprechen dem Realitätstest nicht standhalten.
Daher ist zu hoffen, dass die Autoindustrie und die Politik sich möglichst schnell vom Irrweg Wasserstoff verabschieden, um alle verfügbaren Ressourcen für einen sinnvollen Weg zur Energiewende zu bündeln.
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Abbildung 1/Titelbild: ©2015 Michal Setlak57
Abbildung 2: ©2012 Steve Jurvetson58
Abbildung 3: ©2010 High Contrast59
Abbildung 4: ©2015 5 hours ahead60
Abbildung 5: ©2014 aus: “Energiewende zu Ende gedacht” von Ph.D. Dipl. Ing. Ulf Bossel61
Abbildung 6: ©Kārlis Dambrāns 201262
Abbildung 7: ©notman05 201563
Abbildung 8: ©marlordo59 201564
Abbildung 9: ©2015 Google Maps — Zusammengesetzt aus der Wasserstofftankstellen-Karte auf CleanEnergyPartnership.de65 sowie der Ladestationen-Karte auf goingelectric.de66
Abbildung 10: ©Hadhuey 201667
Abbildung 11: ©Baranekstuttgart 201268
Abbildung 12: ©eriknphotography 2015 69
Abbildung 13: ©Alan 201370
Abbildung 14: ©Toyota UK 201571
Abbildung 15: ©EV Stories 201372
Abbildung 16: ©keb_fotografie 201573
Ein guter Artikel, der hier und da ein leichtes Grinsen aufkommen lässt.
“Es gibt jedoch auch Fachleute, die da ganz anderer Meinung sind. So bezeichnet Tesla-Chef Elon Musk die Brennstoffzelle — die auf Englisch Fuel Cell heißt — gern reißerisch als “Fool Cell” — Idiotenzelle.”
Soso, Herr Musk gehört also zu den Fachleuten die sich mit Brennstoffzellen auskennen?! Interessant!
Insgesamt ist der Artikel aber recht gut recherchiert, allein die Schlussfolgerung teile ich an vielen Stellen nicht.
Die Anteil der urbane Bevölkerung an der Gesamtbevölkerung ist groß und wird weiter wachsen, viele Menschen haben eben nicht die Möglichkeit ihr Fahrzeug dort zu Laden wo Sie ihr Handy aufladen. Oder Laden Sie ihr Handy am Straßenrand auf? In urbanen Räumen ist eine sehr dichte Ladeinfrastruktur, quasi an jedem Parkplatz notwendig und das halte ich für ziemlich abwegig. Was machen Sie, wenn Sie um 20Uhr einen Parkplatz suchen, der Sohn ins Bett gebracht werden möchte und an dem einen, freie Parkplatz die Ladesäule kaputt ist?
Die Reichweite ist für den 0815 Kunden sicher kein Problem, die Ladeinfrastruktur und vor allem die Ladedauer aber eben ein wesentliches Kriterium. Dieser im Nebensatz kurz erwähnte Vorteil ist das (!) Argument für die Brennstoffzelle und das was der Kunde am Ende von der Technik mitbekommt. Was soll ich mit einem Fahrzeug, was so vieles toll kann aber eben nicht in meinen gelebten Alltag passt?
Selbst Teslas Supercharger oder die 300–400kW Ladeinfrastruktur die aufgebaut werden soll ist immer noch zu langsam und nicht alltagstauglich. In der Praxis werden es nämlich weit weniger als die 300–400kW Ladeleistung sein und irgendwann müssen auch die größten Batterien mal aufgeladen werden..
Der Wirkungsgrad ist ein echter Nachteil das stimmt aber sollte mit Blick auf die Unmengen an EE die wir Herstellen können, das einzige Argument sein? Ich bevorzuge eine Lösung die insgesamt sinnvoll ist und sich keinen K.O‑Kriterium leistet, die Ladedauer und ‑infrastruktur von BEV ist aus meiner Sicht eins.
“Fachleute” bezog sich an der genannten Stelle allgemeiner auf diejenigen, die sich mit alternativen Antrieben intensiv beschäftigen — da gehört Elon Musk unangefochten dazu. Der Klarheit zuliebe ändern wir es an der Stelle auf “Hersteller” — danke für den Hinweis.
Aus unserer Sicht ist die mangelhafte Energieeffizienz der Wasserstoff-Fahrzeuge das KO-Kriterium (siehe auch hier) — die Ladedauer und Infrastruktur dagegen ein lösbares Problem.
Klar ist, dass wir für beide alternativen Antriebsformen — BEV wie FCEV — eine umgebaute bzw. komplett neue Infrastruktur brauchen. Wenn wir schnellstmöglich den Wandel auf eine regenerative Energieversorgung schaffen wollen, ist der rund dreimal so hohe Energieaufwand pro Kilometer bei Brennstoffzellenfahrzeugen aus unserer Sicht nicht tragbar, weil er die vollständige Wende viel teurer macht und wesentlich verzögert.
Der nahezu überall verfügbare Strom lässt einen großflächigen Ausbau der Ladeinfrastruktur gerade in Ballungsräumen unserer Meinung nach plausibel erscheinen, z.B. über Straßenlaternen. Dazu laufen ja bereits in Deutschland mehrere vielversprechende Pilotprojekte (Iserlohn, München, Leipzig…).
Hinzu kommt: Rund 40% der Deutschen lebt im eigenen Haus oder in Eigentumswohnung (siehe hier, Stand 2013) und kann dort in den allermeisten Fällen selbst eine Ladestation einrichten — d.h. gerade die finanzstärkste Fahrzeughalter-Gruppe mit den meisten Privatwagen. Dies würde schon heute den meisten Haltern mit den aktuell verfügbaren Stromern zum Laden im Alltag, d.h. auf dem Arbeitsweg genügen (95% der Pendler haben eine Pendelstrecke unter 100 km).
Bei längeren Strecken stimmen wir soweit überein, dass es schon eine Lösung wie den Supercharger mit einer Ladeleistung von 120 KW aufwärts sein muss, um die Ladedauer so gering wie möglich zu halten. Aus unserer Sicht genügt dies heute schon für die meisten (die sich darauf einstellen können).
Wenn diese Leistung aber nochmal verdoppelt oder gar verdreifacht werden kann, wie es von vielen seitens Tesla mit den neuen Akkus aus der Gigafactory und der neuen Supercharger Generation vielleicht noch in 2017 erwartet wird, ist aus unserer Sicht spätestens dann der Damm gebrochen. Bei 400 KW Ladeleistung ist mein Stromer in 10 Minuten zu 80% aufgeladen — das ist kaum länger als ein gewöhnlicher Verbrenner-Tankstopp.
Angesichts der rasenden Entwicklung in der Batterietechnik dürfte sich die Reichweiten-Diskussion für PKW unserer Meinung nach schon in wenigen Jahren erledigt haben. Es mehren sich die Anzeichen, dass 300 km Reichweite für viele die Schallmauer ist, ab der sich ein Kauf lohnt (siehe hier). Spätestens 2018 werden bereits mehrere Fahrzeuge mit dieser Reichweite zu kaufen sein. Und schon heute kann man mit dem nötigen Kleingeld einen Stromer mit über 500 km EPA-Reichweite kaufen (siehe hier).
Beim Privatverkehr ist aus unserer Sicht das Rennen zugunsten der BEVs schon so gut wie entschieden. Bleibt die Frage des Lastverkehrs — hier gibt es bis heute noch keine reife Alternative zum Verbrenner. Wir beobachten das gespannt.
Es ist recht interessant die Menschen über Wasserstoff reden und schreiben zu hören. insbesondere wurde das in jungen Jahren gelernte Schulwissen gerne verbreitet.…. Als Wasserstoff gewinnt man aus der Elektrolyse. Ja kann man machen wen man, wie in den siebziger Jahren erwartet, Atomenergie mit massiven ungenutzten Kapazitäten hat. Wenn man die hälfte des Jahres so gar keine Idee hat was man mit dem strom anfangen soll ist das eine gute Idee.….. insbesondere weil es für Wasserstoff einen markt gibt aber die Elektrolyse dies erweist sich in Deutschland als Fiktion.… Denn es gibt nicht nur einen markt für Waserstoff sondern eine massive Produktion von Wasserstoff. Der hat allerdings den nachtil dass sein Volumen groß ist und folglich der Transport schwierig wird. Das bedeutet die Produktion wird an den Ort des Bedarfs gelegt. Und wie produziert man Wasserstoff? nun man nimmt Kohle und gibt sie in einen Behälter und zündet sie an. damit wird die kohle heiß und Wasserstoff aber auch Benzol u.s.w. gasen ausgast. Giftige Kohleteeröl gast aus und schlägt sich als Destillat nieder Metahnol und Benzol gehören ebenfalls zu den Proukten der Kokerei.
Nun kann man natürlich auch Wasserdampf in den Prozess hinein geben und erhält Wassergas. dieses besteht auch Kohlenmonoxid und Wasserstoff Der Kohlenstoff nimmt sich also den Sauerstoff aus dem Wasser und übrig bliebt der Wasserstoff. Natürlich gibt es eine reihe von verfahren in denen Wasserstoff erzeugt wird den man wünscht bestimmte Produktzusammensetzungen für das Synthesegas und die Zusammensetzung ist abhängig von Druck und Temperatur. Ferner sind Teere und ähnliches Bestandteile die man nicht haben möchte.….
Wasserstoff wird zum Beispiel für die Ammoniak-Produktion benötigt. Aber auch die Reduktion von Eisenoxid im Hochofen läuft zum Teil über Wasserstoff ab.
Heute produziert man Wasserstoff vermittels Ergas in einem Reformer.
Für die Kohlehydrierung war Wasserstoff erforderlich aber auch für heutige Hydrocracker zur Erzeugung von Diesel und Benzin aus Schwerölen und Rückstandsdestilaten. Damit ist klar dass die Brennstoffzelle eine alternative zum Kraftwerk war weil es einen Wasserstoffproduktion gab, wiewohl man das Gasgemisch einem Gutteil Wasserstoff als “Stadtgas” bezeichnete. bei mäßigen Wirkungsgraden auch alter Kraftwerke auf Dampfmaschinentechnik mit niedrigen Drücken schien die Brennstoffzelle der Königsweg.….. heute ist ein großes GUD kraftwerk vom Wirkungsgrad her mit 60% schon recht ordentlich und das mit einer Brennstoffzelle zu erreichen die mit Erdgas als Anfangsedukt und mäßigen Verunreinigungen arbeitet ist durchaus eine Aufgabe.
Wie immer man es dreht und wendet Wasserstoff stellt ein Transportproblem dar so dass es klüger ist mit Ethanol zu arbeiten und Wasserstoff der stationär seine vorteil haben mag und gegebenen falls auch “Superkalt” in eine Rakete eingefüllt werden kann, die braucht den Wasserstoff bevor er warm werden kann! eignet sich nicht für den Straßenverkehr. Im Luftverkehr ist die Frage anders, denn dort wird viel Wasserstoff für einen Antrieb benötigt so dass flüssiger kalter Wasserstoff in einem Tank schneller benötigt wird als er warm werden kann.….. Der vorteil eines sehr honen auf das Gewicht bezogenen Energiegehaltes kommt nicht mehr zum tragen wenn man Hochdruckflschen oder ähnliche Techniken nutzt um den Wasserstoff zu speichern.…
Die Wasserstoffentwicklung war getrieben von der Nichtverfügbarkeit leistungsfähiger Batterien für PKW. Das Manko von Fahrzeugen mit Blei Säure Akkus ist bekannt und kann erst jetzt durch neue Akkus behoben werden. In sofern scheint da das Aus für Fahrzeuge auf Wasserstoffbasis zu sein. Die andere Entwicklung war die Kohleverflüssigung die immerhin großtechnisch eingesetzt war und sich als geeignet erwies Kraftstoffe auf Kohlebasis herzustellen…, Nota bene Wasserstoff ist ebenfalls primär auf Kohlebasis anzusieden gewesen,und auch Elektrofahrzeuge sind ebenfalls primär Kohlebasis anzusehen gewesen.
Ganz interessant finde ich auch anlagen die Wasserstoff direkt aus Sonnenlicht gewinnen und man mag sich einen Reim darauf machen zu welchen Konditionen das großtechnisch möglich ist.…. aber aus meiner Sicht heraus ist Wasserstoff eher geeignet um eine Reduktion des Kohlendioxids vorzunehmen und z.B. Methanol zu produzieren. Methanol kann im Motor oder in der Brennstoffzelle verarbeitet werden und hat den Vorteil eines flüssigen Treibstoffes für sich.
zur Energieeffizienz:
http://forschung-energiespeicher.info/projektschau/gesamtliste/projekt-einzelansicht/95/Sonnenenergie_direkt_in_Wasserstoff_umwandeln/
Umwandlungseffizienz von über 20 Prozent
Am Fraunhofer ISE wird seit über 20 Jahren an effizienten Verfahren der solaren Wasserstofferzeugung geforscht. Bedingt durch die erheblichen Fortschritte im Bereich III‑V Solarzellen für kommerzielle terrestrische Anwendungen stehen nunmehr Solarzellen zur Verfügung, die grundsätzlich für diesen innovativen Technologieansatz geeignet sind. In internen Vorlaufarbeiten konnte mit ersten Labor-Aufbauten die technische Machbarkeit nachgewiesen werden. Dabei wurden bereits Rekordwerte von 18 Prozent für die Umwandlungseffizienz des Sonnenlichts in Wasserstoff erreicht. Die Umwandlungseffizienz soll im Rahmen dieses Projekts auf über 20 Prozent gesteigert werden.
Die Breite der hier gestellten Forschungsaufgaben — von grundlegenden Fragestellungen der Materialforschung bis hin zu kompletten Systemlösungen — verlangt nach einer interdisziplinären Zusammenarbeit von universitären und außeruniversitären Partner. Das Projektkonsortium setzt sich dabei aus dem Fraunhofer ISE und ICT, dem IMTEK Freiburg und dem ICVT Stuttgart zusammen.
Mit anderen Worten “Flächeneffizienter als die gängige PV” und Wasserstoff kann zumindest stationär einigermaßen gespeichert werden, zumindest für Prozesse die Wasserstoff benötigen scheint der Weg als alternative zur PV Anlage mit anschließender Elektrolyse nicht ohne Aussicht auf Erfolg.
http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/solarenergie-zelle-wandelt-licht-in-wasserstoff-um-a-993952.html
Die sogenannte Perowskit-Solarzellentechnik habe eine Effizienz von 12,3 Prozent erreicht.
Wie schon oben geschrieben: Wasserstoff mag wunderbar funktionieren, ist prinzipbedingt aber immer ineffizienter, als den (solar) erzeugten Strom direkt zum Antrieb zu nutzen.
(Quelle: https://electrek.co/2016/04/26/automakers-fuel-cell-hydrogen-electric-vehicles/, Grafik von Ulf Bossel)
Darum halten wir es für einen besseren Plan, die regenerativen Ressourcen auf BEVs zu bündeln, um die Energiewende so einfach wie möglich zu gestalten. Der Weg ist so schon noch weit und schwer genug.
Wasserstoff macht durchaus Sinn für die Energieversorgung von (Elektro-) Autos, nämlich wenn diese mal Energie benötigen, wenn nicht genug erneuerbare Energien zur verfügung stehen, in sonnigen Regionen ist das Nachts der Fall (relevant für Weitfahrten, sonst kann ja tags für die Strecken in der Nacht geladen werden), bei uns kommen ja schon mal ein paar sonnenarme Wochen mit wenig Wind hintereinander vor.
Das wird relevant, sobald häufiger der gesamte Stromverbrauch mit erneuerbaren Energien gedecckt wird (davon ist D noch ein gutes Stück entfernt!).
In der Regel ist es aber sicherlich praktischer, den mittels power-to-gas-Verfahren erzeugten Wasserstoff zentral zu lagern und in normalenKraftwerken zu verfeuern. Auf Weitstreckenfahrten spezialisierte Mietautos könnten aber durchaus häufiger mit Wasserstoffantrieb eingesetzt werden.
Nicht zu vergessen die deutlich höheren laufenden Kosten der Brennstoffzelle. Im Werkstatthandbuch des Toyota Mirai wird ein Austausch der Brennstoffzelle alle 70.000 km vorgeschlagen, die Kosten dürften erheblich sein. Es gibt andereseits bereit einige Tesla Akkus, die merklich über 430.000 km gelaufen sind und noch immer über 90% Kapazität haben. Und die Akkus werden immer besser…
In Anbetracht dessen, dass Wasserstoff heute nahezu ausschliesslich aus Erdgas hergestellt wird und dabei unmengen an CO2 freigesetzt und Energie verbraten wird, würde es sogar mehr Sinn machen das Erdgas direkt im Erdgasmotor zu verbrennen!
An der CO2 Bilanz ändert sich nichts, dafür spart man sich die Energieverschwendung bei der Wasserstoffherstellung.
Das BEV ist nicht zu schlagen.
Gut zu wissen, dass Wasserstoff-Tankstellen viel schneller laden als E‑Autos. Leider bleibt aber weder E‑Autos noch den Wasserstoff Alternativen die Pannen erspart. Letzte Woche mussten auch wir den 24 Stunden Pannendienst anrufen.