Elektroauto vs Wasserstoff-Brennstoffzelle – Besser noch warten?

Ist Wasserstoff der Sprit der Zukunft?

Liegt Ihnen Reduzierung der CO2-Emissionen im Straßenverkehr am Herzen? Dann kommen Sie am Thema Elektromobilität in Verbindung mit der Wasserstoff-Brennstoffzelle nicht vorbei. Es scheint Einigkeit zu bestehen, dass hier die Zukunft der Mobilität liegt. Dabei gibt es unterschiedliche Wege, Strom in Bewegung zu verwandeln:

Zu den BEV und den Plug-in-Hybriden finden Sie an anderer Stelle auf enomo.de zahlreiche Beiträge. Nachfolgend werden wir uns mit der Wasserstoff-Brennstoffzelle näher befassen.

Ist Wasserstoff-Brennstoffzelle die Mobilität der Zukunft?

Mit einem rein batterieelektrischen Auto (BEV) fahren Sie bereits heute problemlos. Bei Verwendung von Ökostrom tun Sie dies auch absolut emissionsfrei. Einige betrachten die realen Reichweiten sowie die Ladedauer in Verbindung mit einer angeblich zu geringen Ladestationsdichte mit Skepsis. Also fahren sie lieber weiterhin ihren mehr oder eher weniger sauberen Verbrenner und warten ab, bis die Brennstoffzelle mit Wasserstoff als Energiequelle allgemein verfügbar ist. Die Frage ist: Lohnt sich dieses Warten?

Wasserstoff Auto H2

Vorteile von Wasserstoff-Brennstoffzellen

Genau die vorgenannten Faktoren – Reichweite und Ladedauer – sind tatsächlich Pluspunkte der Brennstoffzelle:

Beide Pluspunkte resultieren aus der sehr hohen Energiedichte von Wasserstoff. Für einen PKW mit Wasserstoff-Brennstoffzelle reichen bereits 7 bis 8 kg Wasserstoff aus, um diese Reichweiten zu bewältigen.

Weitere Vorteile:

Damit wäre die Wasserstoff-Brennstoffzelle der perfekte Energieträger für die Zukunft der Mobilität.

Nur leider haben Wasserstoff und Brennstoffzellen auch einige gravierende Nachteile.

Nachteile von Wasserstoff Brennstoffzellen

Quelle: Energetischer Gesamtwirkungsgrad (h) verschiedener Antriebsoptionen – Grafik: SRU (Sachverständigenrat für Umweltfragen) 2017: Umsteuern erforderlich: Klimaschutz im Verkehrssektor. Berlin, S. 86

Energieträger Anzahl Tankstellen Tankstellen : Einwohner
Wasserstoff ca. 80 1 : 1.000.000
Erdgas ca. 800 1 : 100.000
Benzin/Diesel ca. 12.000 1 : 6.800
Strom Ladepunkt ca. 24.000 1 : 3.500

Neueste Entwicklung

Wasserstoff wird erst bei sehr hohem Druck flüssig und damit transportierbar. Geeignete Tankbehälter aus Kohlefaser und Grafit sind teuer und schwierig in der Herstellung. Dazu kommt eine hohe Explosionsgefahr (fragen Sie mal die Fluggäste der Hindenburg). 

Eine mögliche Lösung könnte darin bestehen, den Wasserstoff erst an der Tankstelle aus flüssigem Methanol (Methylalkohol) zu gewinnen. Hierbei könnten auch die vorhandenen Tankanlagen weiter genutzt werden. Der Transport von Methanol kann ebenfalls mit der bestehenden Tankwagenflotte erfolgen.

Ein anderer Ansatz ist, den Wasserstoff in Form von wasserlöslichem Ammoniak (NH3) transportfähig zu machen, denn Ammoniak ist auch ohne Druck stabil. Allerdings ist Ammoniak giftig und stark ätzend.

Das  Fazit von enomo: Das Warten auf den Wunderstoff Wasserstoff lohnt sich nicht.

Der Aufbau einer halbwegs flächendeckenden Infrastruktur zum H2-Tanken und Transportieren wird zig Milliarden Euro kosten. Die Fahrzeuge werden wegen der eingesetzten Edelmetalle teuer bleiben. Einen positiven Effekt auf die angestrebte und notwendige CO2-Reduzierung hat Wasserstoff nur, wenn er durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird und der dafür eingesetzte Strom ausschließlich aus regenerativen Quellen stammt. Die sehr bescheidene Gesamt-Energieeffizienz (well-to-wheel; von der Quelle bis zum Rad) bleibt der wesentliche Nachteil.

Aufgrund der im Vergleich zu allen anderen Energieträgern sehr hohen Herstellungskosten macht die Erzeugung von Wasserstoff nur Sinn, wenn ansonsten nicht benötigte Energie – sprich: überschüssige Energie – aus regenerativen Quellen genutzt wird. Denn Wasserstoff bietet die Möglichkeit, überschüssigen Strom zu speichern. Es ist ökonomisch und ökologisch sinnvoller, nicht benötigten Strom aus z.B. Windkraftanlagen zur Wasserstoffproduktion zu nutzen , als vorhandene Windräder einfach vom Netz zu nehmen und abzuschalten. Nur hierbei spielen die sonst sehr hohen Kosten der Wasserstofferzeugung keine Rolle: Zeitweise ist so viel Strom zuviel im Netz, dass dafür negative Preise gezahlt werden. Ob mit dem so erzeugten Wasserstoff Brennstoffzellen gespeist werden oder aus Kostengründen eher Synfuels in Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen, wird sich zeigen.

Mit Abstand am sinnvollsten ist es aber, Strom direkt in einen Akku zu packen und damit einen elektrischen Motor zu betreiben. Die direkte Nutzung von Strom in batterieelektrischen Fahrzeugen hat den höchsten energetischen Gesamtwirkungsgrad und damit verbunden die geringsten Betriebskosten für den Verbraucher.

Es ist absehbar, dass die Batterie-Technologie bereits in wenigen Jahren in der Lage sein wird, deutlich höhere Energiedichten je Kilogramm Akkugewicht oder je Liter Akkuvolumen als heute bereitzustellen. Spätestens dann entbehrt das – häufig irrationale – Argument der Reichweite jeglicher Grundlage. In der heutigen Mobilität sind batterieelektrische Fahrzeuge in 95 Prozent aller Anwendungsfälle tagtäglich problemlos einsetzbar.

Forschung und Förderung

Das Thema Wasserstoff und Brennstoffzelle ist dennoch gewichtig in den Planungen der Bundesregierung. Denn sowohl was die Energieeffizienz der Brennstoffzelle anbetrifft als auch die Herstellungskosten von Wasserstoff liegt hier ein großes Potential.

Förderprogramme für den Einsatz von Wasserstoff und/oder Brennstoffzellen gibt es zurzeit ausschließlich vom Bund. Das Land NRW, dass ansonsten ein breit angelegtes Fördermittelprogramm für die Elektromobilität aufgelegt hat, weist hier keine eigenen Förderprogramme aus.

Den Kern der Fördermaßnahmen bildet das Regierungsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie 2016 bis 2026. Hierbei soll das ressortübergreifende Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) Forschung und Entwicklung sichern. Außerdem bietet der Bund damit die für eine Marktaktivierung notwendige Unterstützung erster Produkte, sowohl was verschiedene Arten von Brennstoffzellen Fahrzeugen anbetrifft als auch die für deren Einsatz notwendige Tankstellen-Infrastruktur. Neben dem Bereich der Mobilität soll die Brennstoffzelle auch bei der Wärme Erzeugung stärker zum Einsatz kommen. Daher erhalten ebenfalls Projekte im Bereich Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eine öffentliche Förderung.

Die Bedeutung von Wasserstoff und Brennstoffzelle für die Planungen der Bundesregierung zur CO2-Reduzierung wird auch daran deutlich, dass eine bundesweit tätige Organisation dafür ins Leben gerufen wurde: Die Nationale Organisation Wasserstoff NOW GmbH mit Sitz in Berlin. Unterstütz wird NOW durch das Forschungszentrum Jülich, das als Projektträger Jülich (PJT) maßgeblich für die Bewilligung der Förderung ist. NOW ist bereits federführend bei der Umsetzung der Förderung im Rahmen der Richtlinie Ladeinfrastruktur des BMVI, die die Verbreitung der Elektro-Mobilität stärken soll. Im Januar 2020 wurde NOW beauftragt, als Nationale Leitstelle Ladeinfrastruktur den Aufbau eines flächendeckenden Netzes von (zunächst) 1.000 Schnell-Ladepunkten zu koordinieren.

Aktuell (04/2020) liegen keine offenen Aufrufe zur Antragseinreichung im Bereich Wasserstoff/Brennstoffzelle vor, es werden also keine neuen Projekte/Maßnahmen/Produkte gefördert. Sowohl die NOW GmbH als auch der PJT informieren fortlaufend über aktuelle Förderaufrufe.

Interessante Links zum Thema:

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