Bessere Reichweite, weniger Umweltbelastung, längere Lebensdauer und mehr Leistung - all das soll den H-Antrieb auszeichnen. Doch ist es wirklich so einfach? Sind wasserstoffbetriebene Autos die Zukunft und E-Fahrzeuge "nur" eine mittelfristige Übergangslösung?
"Nein", sagt Thomas Jordan, Professor am Institut für thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). "Die ganze Thematik ist nicht schwarz und weiß, auch wenn sie gelegentlich so dargestellt wird. Trotzdem muss man sich natürlich die Vor- und Nachteile beider Antriebe vor Augen führen."
"Für flächendeckenden E-Auto-Verkehr bräuchten wir ein neues Stromnetz"
Tatsächlich scheinen die Nachteile der E-Autos auf den ersten Blick sehr gewichtig - sowohl in Bezug auf ihre Reichweite, ihre Batterieherstellung durch kritische Rohstoffe, vor allem aber in Bezug auf ihr Lade-Netzwerk. "Würde man den Verkehr in Deutschland wirklich flächendeckend mit Elektroautos bestücken, bräuchte man eigentlich ein komplett neues Stromnetz. Anders könnte man die vielen Batterien nach aktuellem Stand gar nicht befüllen", sagt Jordan im Gespräch mit ka-news.de.
"Stellen Sie sich eine Autobahnraststätte mit Lkws vor, bei denen jeder einzelne Laster möglichst schnell laden muss. Allerdings benötigt jeder zur Aufladung mindestens 20 Minuten, je nach Ladetechnik sogar länger."
Das sei sowohl logistisch als auch in punkto Stromnetzbelastung ein großes Problem. "Ein völlig neues Netz aufzubauen wäre aus meiner Sicht viel zu teuer", sagt Jordan. "Vielleicht gibt es in der Zukunft bessere Ladesysteme, aber mit wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen haben wir die entsprechende Effizienz eigentlich schon heute.”
Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle?
Der Grund: "Bei Wasserstofffahrzeugen ist es möglich, innerhalb von drei Minuten Treibstoff mit rund 500 Kilometern Reichweite aufzutanken, ohne das Stromnetz zu überlasten", erklärt Jordan. "Und zwar völlig CO2-neutral und mit Komfortfunktionen wie Heizung oder Klimaanlage." Aus diesem Grund investierten Länder wie China mittlerweile hauptsächlich in Wasserstofftankstellen statt in E-Zapfsäulen.
Dabei gebe es zwei Möglichkeiten, den Wasserstoff einzusetzen: Zum einen den Verbrennungsmotor, der mit Wasserstoff statt mit Benzin läuft, zum anderen die Brennstoffzelle, die über ein Elektrolyseverfahren aus Wasserstoff elektrischen Strom gewinnt. "Ein Auto, das mit Brennstoffzelle läuft, funktioniert auch nicht anders als ein Elektroauto. Nur, dass es die Energie nicht aus einem Akku, sondern aus der Brennstoffzelle gewinnt", wie Jordan erklärt.
Wo das Wasserstoff-Auto ökologisch vorne liegt
Aus umwelttechnischer Sicht hätten Motoren und Brennstoffzellen vor allem eins gemeinsam: Sie stoßen kein CO2 aus. "Ein Verbrennungsmotor, der mit Wasserstoff läuft, erzeugt in erster Linie Wasserdampf. Er kann in seltenen Fällen auch einige Giftstoffe freisetzen, aber denen ist durch Filterverfahren leicht beizukommen." Eine Brennstoffzelle hingegen erzeuge während ihrer Nutzungsphase als Nebenprodukt fast ausschließlich Wärme.
Auch in der Produktion sei eine Brennstoffzelle weit weniger kritisch als eine E-Auto-Batterie: "Für Niedertemperatur-Brennstoffzellen, also jene, die beim Autobau die meiste Anwendung finden, benötigt man zwar eine gewisse Menge an Platin, aber die benötigt man beim Bau eines Katalysators bei einem Verbrennungsmotor auch. Alle anderen Rohstoffe beim Bau einer Brennstoffzelle sind relativ unkritisch. Platin hat auch keine toxische Wirkung für die Umwelt, das einzige Problem ist seine Seltenheit", erklärt Jordan.
Abgesehen davon, dass auch in Wasserstoff-Fahrzeuge Batterien eingebaut würden, stehe das Wasserstoff-Fahrzeug in einem deutlichen Kontrast zum Lithiumbedarf der E-Auto-Herstellung. Ganz ohne Nachteile gegenüber den Stromvehikeln blieben die H-Autos allerdings auch nicht.
"Batteriefahrzeuge sind energieeffizienter"
Fragt man nämlich nach der nutzbaren Energie, so kommt man in einen Zwiespalt. "Batteriefahrzeuge sind durchaus effizienter in ihrem Energieverbrauch", so der Professor. "Bei einem E-Fahrzeug tankt man die elektrische Energie unmittelbar auf. Lädt man zum Beispiel 15 Kilowattstunden, so hat man durchschnittlich eine Reichweite von 100 Kilometern - Energie, die das Fahrzeug dann auch fast vollständig für sich aufbraucht."
Brennstoffzellenfahrzeuge seien energiewirtschaftlich weniger nachhaltig: "Eine Brennstoffzelle tankt für 100 Kilometer rund ein Kilogramm Wasserstoff. Die wandelt sie in elektrische Energie um und überträgt sie auf den E-Motor ihres Autos. Dabei geht aber grundsätzlich ein deutlich größerer Teil der Energie durch Wärmeerzeugung verloren als bei E-Autos." Doch was hier beim Wasserstoff verloren geht, könnte man an anderer Stelle wieder auffangen.
Wasserstoff als Energiespeicher?
"Möchte man ein E-Auto umweltfreundlich ausfahren, muss man sicherstellen, dass der Strom, den man in diesem Moment tankt, auch aus erneuerbaren Energien stammt, beispielsweise aus Windkraft- oder Photovoltaikanlagen", erklärt der Professor.
Bei Ladevorgängen über Nacht oder bei Windstille sei dies nicht mehr unbedingt gewährleistet. "Solche grüne Energie lässt sich derzeit nur sehr schlecht speichern. Würde man diese Energie aber zur Herstellung von Wasserstoff nutzen, wäre sie im Wasserstoff gespeichert."
Bei diesem Spaltungsprozess ginge zwar auch ein Teil der Energie verloren, “doch Energie, die aus Windkraft oder Solaranlagen gewonnen und nicht zeitnah genutzt wird, ist im Prinzip ganz verschwendet", sagt Jordan. Und diese Erzeugung ohne Verbrauch komme in der deutschen Energiewirtschaft auch regelmäßig vor. "Würde man aus dieser Energie Wasserstoff gewinnen, könnte man zumindest den über 50 Prozent langfristig nutzen." Wasserstoff selbst verfalle immerhin nicht mit der Zeit.
"Momentan wird Wasserstoff als Abfallprodukt gewonnen"
Zusätzlich sei dieses Konzept auch deutlich umweltfreundlicher als die jetzige Gewinnung des Hydrogens. "Momentan wird der Wasserstoff meist als Abfallprodukt aus der Chlor- und Kunststoffherstellung gewonnen. Die entsprechenden Chemieparks werden in Deutschland sehr oft durch fossile Brennstoffe gespeist. Damit wird ein Nebenprodukt, das ansonsten einfach entsorgt würde, zwar sinnvoll wiederverwendet, doch grüner Wasserstoff im eigentlichen Sinne ist das nicht", so Jordan.
Wasserstoff als Energiespeicher sei also durchaus auch eine nachhaltigere Alternative zu jetzigen Verfahren. Diese Erkenntnis ist auch in Karlsruhe bereits angekommen.
100 Wasserstofftankstellen in Deutschland - eine davon in Karlsruhe
"Bisher wurden knapp 100 Tankstellen an strategischen Punkten in ganz Deutschland installiert, sodass man sich problemlos durch das ganze Land bewegen könnte. Eine davon befindet sich in Karlsruhe, nämlich die TotalEnergies-Tankstelle an der Südtangente", erklärt der Dozent.
"Außerdem gibt es seit mehreren Jahrzehnten verschiedene Förderprogramme zur Weiterentwicklung der Wasserstoff-Fahrzeuge, die parallel zur Förderung von Batteriefahrzeugen laufen." Es sei derzeit sehr wohl möglich, für Brennstoffzellenautos dieselben staatlichen Förderungen zu beantragen wie für E-Fahrzeuge. Trotzdem bewegt sich der Trend aktuell noch zugunsten der Batterie. Warum?
"Der Verbrennungsmotor wird verteufelt"
"Einerseits, da E-Autos, wie bereits angesprochen, etwas energieeffizienter sind, andererseits, da ein Wasserstofftank oder eine Brennstoffzelle deutlich schwieriger und kostenintensiver herzustellen sind - gerade in Bezug auf Sicherheit", erklärt Jordan gegenüber ka-news.de. "Ein weiterer Hauptgrund liegt darin, dass viele Wasserstoff-Fahrzeuge am besten mit einem Verbrennungsmotor funktionieren würden." Dieser verkaufe sich in Politik und Medien allerdings nicht besonders gut.
"Es gibt in der Politik leider einige dogmatische Ansätze, den Verbrennungsmotor grundsätzlich zu verbannen und zu verteufeln", so Jordan. "Dabei sollte man meiner Meinung nach die Förderungsgelder fair verteilen und auch verschiedene technologische Lösungsansätze zulassen." Immerhin sei ein Wasserstoffmotor nicht nur CO2-neutral, sondern in einigen Bereichen sogar notwendig.
"Es ist nicht vorstellbar, alle Fahrzeuge auf Strom umzustellen"
"Die wesentliche CO2-Belastung des Straßenverkehrs kommt nicht durch Pkws, sondern durch Lkws zustande", sagt Jordan. "Ein batteriebetriebener Lkw hätte allerdings nur wenig Sinn. Um einen Laster langfristig anzutreiben, wäre die Batterie viel zu schwer." Abgesehen davon, dass eine derart leistungsfähige Batterie mit hoher Umweltbelastung verbunden wäre, bringe "ihr Gewicht den Lkw auch näher an die zugelassenen 40 Tonnen, wodurch die Nutzlast verringert werden würde."
Es sei insgesamt also "nicht vorstellbar, alle Fahrzeuge auf Strom umzustellen", so Jordan. Für Lastkraftwagen oder auch landwirtschaftliche Fahrzeuge sei der Wasserstoff-Verbrennungsmotor daher eine umweltfreundlichere und weit leistungsfähigere Alternative zur Batterie und auch zur Brennstoffzelle, wie der Professor erklärt. Sind diese Verbrennungsmotoren also auch Teil der künftigen Mobilität?
Die Zukunft des Straßenverkehrs - eine Mischung
"Mit dem jetzigen Strommix ist weder der Umwelt noch der Infrastruktur geholfen", so Wasserstoff-Experte Jordan. "Für flächendeckende Wasserstoff-Laster braucht man natürlich auch eine große Versorgungsinfrastruktur, aber die könnten brennstoffzellenbetriebene Autos ja gemeinsam mit ihnen nutzen." Diese Infrastruktur aufzubauen sei zudem kosten- und aufwandsgünstiger als ein Umbau des Stromnetzes.
Dass E-Autos keine Zukunft hätten, sei allerdings nicht gesagt, wie Jordan auf Nachfrage von ka-news.de erklärt: "Es gibt ja durchaus Möglichkeiten, beides zu verbinden. Beispielsweise könnte man einen sogenannten 'Range extender' - also eine zusätzliche Brennstoffzelle - in ein E-Fahrzeug einbauen, um so seine Reichweite für lange Fahrten zu erhöhen."
So könne man beispielsweise ein energieeffizientes E-Auto für den Stadt- und Nahverkehr nutzen und für längere Fahrten auf eine Brennstoffzelle oder einen Wasserstoffmotor zurückgreifen. "Ich glaube, dass die gesunde Mischung aus Wasserstoff und E-Mobilität - je nach Gegebenheit - am sinnvollsten wäre", sagt der Professor. "Und so wird es meiner Meinung nach in der Zukunft auch kommen."
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