Wasserstoff – Energieträger und maßgebliche Alternative zum E-Auto in der Elektromobilität? Global gewinnt Hydrogen immer mehr an Bedeutung, um im Sinne der Industrie und Wirtschaft die Dekarbonisierung zu forcieren. Ein wesentlicher Faktor ist dabei die Erzeugung und Verwendung von Wasserstoff als Antrieb für Fahrzeuge aller Art. Wir beleuchten in diesem Artikel, wie hier der aktuelle Stand von Wasserstoff Autos ist.
Inhaltsverzeichnis
- Wasserstoff als Energieträger der Zukunft?
- Wie kann Wasserstoff für die Elektromobilität verwendet werden?
- Häufige Fragen
- Zusammenfassung
Wasserstoff als Energieträger der Zukunft?
Liegt die Zukunft einer umweltfreundlicheren und grüneren Welt in Wasserstoff? Welchen Beitrag kann das chemische Element zur dringen notwendigen Energiewende leisten? Und wie entwickeln wir diesen weiter zu tatsächlich „grünem Wasserstoff“?
Molekularer Wasserstoff (H2) – chemisches Element – ist ein farb- und geruchsloses Gas.
Wie wird Wasserstoff hergestellt?
Derzeit gibt es vier Technologien für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse:
- Alkalische Elektrolyse (AEL): Diese Art der Elektrolyse ist schon am längsten etabliert. Wasser wird hier durch zwei nickelbasierte Elektroden, die durch ein Diaphragma getrennt sind, in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
- Proton-Exchange-Membran Elektrolyse (PEM): Hier wird elektrische Energie durch Elektrolyseure in chemische Energie umgewandelt und dabei entsteht Wasserstoff.
- Anionenaustauschmembran-Elektrolyseur (AEM): Halbzellen in einem AEM-Elektrolyseur ermöglichen eine Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff.
- Hochtemperaturelektrolyse (HTEL oder Dampfelektrolyse): Hier soll Wasserstoff aus Wasser bei hohen Temperaturen gewonnen werden.
Während die alkalische Elektrolyse und PEM-Elektrolyse schon kommerziell einsetzbar sind, wird bei der AEL noch daran gearbeitet diese effizienter zu gestalten und HTEL befindet sich erst in der Pilotphase.
Verwendung
Als nächstes gilt es zu verstehen, wie Wasserstoff derzeit gewonnen und verwendet wird.
Auf das Universum betrachtet, ist es das am häufigsten vorkommende chemische Element. Auch auf der Erde profitieren wir vom Aufkommen. Allerdings nicht in seiner reinen Form, sondern in Verbindung mit anderen Elemente bzw. Stoffen.
Um es als Energieträger (H2) nutzen zu können, bedarf es aktuell noch einem aufwendigen und umweltbelastenden Verfahren: der Dampfreformierung. Hierbei wird zum einen Erdgas benötigt und zum anderen werden große Mengen schädliches CO2 ausgestoßen.
Eine Alternative dazu ist, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, und zwar mit Hilfe von grünem Strom. So lässt sich nachhaltiger, grüner Wasserstoff herstellen. Die Herausforderung aktuell ist jedoch, die Effizienz dieses Verfahrens zu steigern, da ca. 1/3 der gewonnenen Energie direkt verloren geht.
Des Weiteren besteht die Herausforderung, dass das gewonnene Gas für die Elektromobilität – allen voran den E-Autos – zur Verfügung gestellt wird. Transport bzw. Weiterverarbeitung zu Flüssigkeit sind energieintensiv und bedürfen einer ausgeklügelten Infrastruktur.
Wie kann Wasserstoff für die Elektromobilität verwendet werden?
In diesem Ratgeber befassen wir uns primär mit der Zukunft von Wasserstoff Autos. Unter welchen Aspekten kann diese Ressource unsere Art der Mobilität grüner und damit auch nachhaltiger gestalten?
Die größte Herausforderung ist aktuell, Wasserstoffantrieb umweltfreundlich zur Verfügung zu stellen und das in marktübergreifendem Stil. Denn schon heute ist das Gas primär für große und schwere Fortbewegungsmittel, wie z. B. Containerschiffe, Züge oder Flugzeuge, eine angewandte alternative Technologie.
Es bedarf allerdings einer umweltschonenden Produktion sowie Weiterverarbeitung, primär mit grünem Strom.
Wie funktioniert ein Wasserstoff Auto?
Um ein Auto umweltschonender mittels Wasserstoff anzutreiben, bedarf es einer PEM-Brennstoffzelle. Diese Polymer-Elektrolyt-Membran Zelle ist, ähnlich wie beim E-Auto, die notwendige Batterie, die für die Freisetzung von Energie zum Antrieb verantwortlich ist.
Dabei kommt es in der Brennstoffzelle zu einem kontrollierten Knallgas-Effekt, da der Wasserstoff im Tank mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert. Durch diese Freisetzung von Energie wird kontinuierlich Strom erzeugt, so dass die Batterie fortlaufend geladen wird bzw. den Motor des Autos antreibt.
Eine andere Technologie ist ein Verbrennungsmotor, der mit Wasserstoff betrieben wird. Diese Technologie wird jedoch noch entwickelt. Und wie funktioniert ein solcher Motor?
Das Konzept der Wasserstoffmotoren basiert auf einem herkömmlichen Verbrennungsmotor, hat jedoch ein modifiziertes Ansaugsystem, das eine Einblasung des Wasserstoffs in die Saugrohre ermöglicht. Abgase, die während der Fahrt entstehen, bestehen aus Wasser und geringen Mengen an Stickoxiden.
Vorteile von Wasserstoff in der Elektromobilität
- Höhere Reichweite als ein E-Auto
- Der Tankvorgang geht schneller als es aktuell bei einem E-Auto der Fall ist
- Gerade bei größeren und schwereren Fahrzeugen ist die Technologie der Elektro-Technologie überlegen
Nachteile von Wasserstoff in der Elektromobilität
- Aktuell noch sehr energieintensive Produktion (es werden große Mengen an Treibhausgasemissionen benötigt)
- Geringer Wirkungsgrad (26 % für Fahrleistung), d.h., wie viel Energie ein Motor benötigt, um die gleiche Leistung zu erzielen => hier ist ein E-Auto – durch grünen Strom geladen – energieeffizienter und damit umweltschonender
- Aktuell (noch) schlechte Zapfsäulen-Infrastruktur
- Aktuell (noch) sehr geringes Angebot an verfügbaren Wasserstoff Autos (Toyota Mirai und Hyundai Nexo) bei vergleichsweise hohem Verkaufspreis (> 60.000€)
Häufige Fragen
Sind Wasserstoff Autos umweltfreundlich?
Ob Wasserstoff- oder Elektroauto, nur wenn Fahrzeuge mit grünen Energieträgern betrieben werden, sind sie auch langfristig klimaneutral. Wird Wasserstoff durch mit Erdgas produziert entsteht nämlich klimaschädliches Methan und zusätzlich fallen noch CO2-Emissionen an. Treibstoffe, die aus grünem Strom hergestellt werden, werden e-Fuels genannt. e-Fuels bestehen aus Wasserstoff und Kohlendioxid, dass chemisch zusammengesetzt wird. Diese Kraftstoffe sind flüssig und könnten bestehende Leitungen und Tankstellen nutzen, die momentan für Diesel und Benzin verwendet werden. Dies ist besonders für Flugzeuge und Schienenfahrzeuge relevant, die eine lange Nutzungsdauer haben, da sich deren Investitionsstrategie vom Pkw-Markt unterscheidet.
Wasserstoff-Tankstellen in Deutschlang bieten derzeit blauen, grauen und türkisen Wasserstoff, aber keinen grünen an, der klimafreundlich ist. Während blauer Wasserstoff aus Methan oder Kohle gewonnen wird, wird grauer Wasserstoff aus Erdgas hergestellt und türkiser aus Methanpyrolyse.
Ist Wasserstoff der Treibstoff der Zukunft?
CO2 ist eines der Gase, dass am stärksten zur Erderwärmung und somit zum Treibhauseffekt und Klimawandel beiträgt. Eine der Hauptursachen für steigende CO2-Emissionen ist die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Um die Erderwärmung einzudämmen, müssen CO2-Emissionen verringert werden, mit dem Ziel CO2-neutral zu werden. Die Entstehung von Kohlendioxid ist hauptsächlich auf Verbrennungsvorgänge in Anlagen und Motoren zurückzuführen.
Grüner Wasserstoff ist eine Alternative zu fossilen Energieträgern und kann so einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Er kann in der Industrie, Kraftwerken und dem Verkehr eingesetzt werden und so CO2-Emissionen aus diesen Bereichen verringern. Doch derzeit fehlt noch die Infrastruktur für die Umsetzung. Die deutsche Bundesregierung hat in 2020 eine nationale Wasserstoffstrategie beschlossen, die unter anderem vorsieht, Akteure im Wasserstoffbereich bestmöglich zu unterstützen. Außerdem soll bis 2027/28 ein Wasserstoffstartnetz aufgebaut werden.
Zusammenfassung
Mit Wasserstoff betriebene Autos sind aktuell nicht marktreif bzw. ist die fehlende Infrastruktur schlichtweg nicht attraktiv genug für die Autoindustrie, die Entwicklung zu forcieren. Allerdings erhöht der globale, politische Drang nach umweltfreundlichen Lösungen den Druck auf die Industrie, um den Klimaschutz und die gesteckten Ziele (1,5° Erderwärmung) nicht zu verfehlen.
Dass diese Technologie aktuell noch nicht massentauglich ist, darf nicht das Potenzial schmälern. In erster Linie geht es nämlich darum, vom klassischen Verbrenner-Motor wegzukommen, um den fortlaufenden CO2 Ausstoß drastisch zu verringern.
Grüne Grüße, Richard.