Wasserstoff im Transportwesen – wie ist der aktuelle Stand?

Zusammenfassung: Der Ausstieg aus der Kohlenstoff-Wirtschaft wird immer konkreter. Die EU will bis 2050 CO₂ neutral sein. Besonders der Verkehrssektor macht dabei Sorgen, denn hier gibt es bezüglich Platz und Gewicht Restriktionen, die so bei Gebäuden nicht bestehen. Nach der Abkehr von Benzin und Diesel bleiben als Alternativen Batterie-elektrische-Antriebe oder Wasserstoff-Antriebe.

1.) Wie funktioniert Wasserstoff im Transportbereich?

Grundsätzlich ist Wasserstoff in diesem Zusammenhang ein Energieträger, aus dessen Energie ein Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Dazu wird Wasserstoff zunächst aus Wasser und Energie, die idealerweise aus Erneuerbaren Energien stammt, aber heute meist aus Erdgas kommt, erzeugt. Der Wasserstoff kann sehr gut gespeichert und transportiert werden, dazu gehört auch das Betanken eines Wasserstoffautos in wenigen Minuten statt in Stunden wie beim batteriebetriebenen Elektrofahrzeug. An Bord des Fahrzeugs wird eine Brennstoffzelle genutzt, um aus dem Wasserstoff elektrische Energie zu erzeugen und damit Elektromotoren zu speisen, die das Fahrzeug antreiben. Technisch muss dazu noch eine Batterie zwischengeschaltet werden, da die Brennstoffzelle gerne konstant Strom abliefert.

2.) Wie sicher ist Wasserstoff?

Wer im Chemieunterricht aufgepasst hat kennt noch die Experimente mit Knallgas – das entsteht wenn Wasserstoff und Sauerstoff zusammen kommen. Wasserstoff ist außerdem sehr flüchtig, so dass die Sicherheit ein Thema ist, besonders wenn eventuell entweichender Wasserstoff nicht abziehen kann. Bei Bussen wird deshalb der Wasserstofftank gerne auf das Dach gebaut, so dass entweichender Wasserstoff sich nicht sammelt. Grundsätzlich ist die Wasserstoff-Technik aber schon sehr lange bekannt und entsprechend gut entwickelt; Versuche mit Gewehrschüssen auf moderne Wasserstofftanks überstanden die Tanks ohne Probleme.

3.) Wie schnell kann man ein H₂ Auto betanken?

Bei batterieelektrischen Fahrzeugen sind die Ladezeiten immer wieder ein großes Thema. Bei Wasserstoff sieht das anders aus, denn in drei bis fünf Minuten ist ein Wasserstofftank wieder gefüllt. Übrigens prüft eine Wasserstofftankstelle mit einem kurzen Druckstoß, welchen Füllstand der Tank im Auto hat und ob der Verbindung zwischen Zapfpistole und Autotank perfekt sitzt.

4.) Wie sieht die Versorgung mit Wasserstofftankstellen aus?

Den rund 14.000 Tankstellen für Benzin und Diesel in Deutschland stehen aktuell erst rund 100 Tankstellen für Wasserstoff gegenüber. Damit sind auch Langstrecken zu beherrschen, auch wenn die Situation noch verbesserungswürdig ist. Grundsätzlich würden die Tankstellen ausreichen, um 40.000 Fahrzeuge zu versorgen, so dass die aktuell rund 1.000 Fahrzeuge gut versorgt sind. Eine neue Tankstelle für Wasserstoff zu errichten kostet zwischen 1,2 und 2 Millionen Euro, so dass ein weiterer Ausbau viel Kapital bindet. Werden mehr Tankstellen gebaut, sinken die Kosten pro Tankstelle um rund 50%, so H2 Mobility, ein Konsortium von Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und Total.

5.) Was ist effizienter: die Brennstoffzelle oder die Batterie?

Bei der Effizienz muss die gesamte Kette vom Windrad über die Wasserstofferzeugung im Elektrolyseur, den Transport, die Speicherung, die Umwandlung in Strom bis zum Antrieb betrachtet werden. Hier hat Wasserstoff seine Nachteile, denn nur jede 4. erzeugte Kilowattstunde kommt auf der Straße an – der Rest ist verloren. Das sind 25 Prozent Wirkungsgrad und damit deutlich weniger als bei den batterieelektrischen Antrieben, die einen Wirkungsgrad von 70 Prozent vorweisen können. Es wurde errechnet, dass sich bei einer kompletten Umstellung auf wasserstoffbetriebene Fahrzeuge in Deutschland der Stromverbrauch verdoppeln würde, bei einer Komplettumstellung auf batterieelektrische Fahrzeuge die Stromproduktion nur um 25 Prozent steigen würde.

6.) Wie entsteht der Wasserstoff?

Heute gewinnt Deutschland seinen Wasserstoff hauptsächlich aus der Reformierung von Erdgas, aus flüssigen Kohlenwasserstoffen sowie Kohle. Man nennt diesen den „grauen Wasserstoff„.

Grüner Wasserstoff hingegen wird aus Erneuerbaren Energien, also typischerweise aus Windstrom oder Solarstrom, gewonnen. Man nennt ihn den „grünen Wasserstoff„, der heute erst 4 Prozent Anteil in Deutschland hat. Hier liegt aber die große Chance, denn die Wasserstoffgewinnung könnte verhindern, dass zu viel erzeugter Windstrom billig ins Ausland verkauft werden muss – dieser zu viel produzierte Windstrom kann kostengünstig Wasserstoff erzeugen.

Kritisch sehen Umweltschützer den „blauen Wasserstoff„. Dabei wird der Wasserstoff aus Erdgas gewonnen, das dabei entstehende CO₂ aber abgeschieden und soll dann in Bergwerken oder in alten Erdgaslagerstätten „sicher“ deponiert werden. Man braucht nur wenig Fantasie um die Parallelen zu sicheren Lagerung von Atommüll zu erkennen.

7.) Wo wird die Brennstoffzellen als erstes breit eingesetzt werden?

Batterieelektrische Fahrzeuge mit grundsätzlich höherem Wirkungsgrad scheitern meist dann, wenn hohe Reichweiten erreicht werden sollen. Dann nimmt nämlich das für die großen Batterien benötigte Gewicht so zu, dass die Einschränkungen bei der Nutzlast zu hoch werden. Hier spielt Wasserstoff seine Vorteile aus. Der deutsche Automobilzulieferer Bosch und das Startup Nikola Motors arbeiten zusammen, um einen Truck mit Wasserstofftanks für eine Reichweite von 1.200 Kilometern zu entwickeln. Außerdem gibt es Anwendungen im Busverkehr. So will der Kreis Groß-Gerau seine Busfollte bis 2030 auf Wasserstoff umstellen, auch wenn die Anschaffungskosten pro Bus mit 600.000 Euro rund doppelt so hoch sind wie beim Diesel-Bus. Flixbus will mit Zulieferer Freudenberg einen Reisebus entwickeln, und die Bahnstrecke Bremervörde, Cuxhaven, Bremerhaven und Buxtehude wird schon seit Sommer 2018 von einem Triebwagen mit Wasserstoffantrieb befahren.

8.) Wie sieht die Preisentwicklung aus?

Eine McKinsey Studie sieht einen weiteren Preisverfall bei Wasserstoff bis 2030 um rund 60 Prozent anstehen. Die Brennstoffzelle hat sich ebenfalls schon deutlich entwickelt, denn bei gleicher Leistung ist sie in den letzten 25 Jahren zehnmal kleiner geworden, der Platingehalt ist ebenfalls um den Faktor 10 gesunken. In einer modernen Brennstoffzelle steckt nur noch soviel Platin wie in einem Diesel-SCR-Katalysator. Trotzdem sind dem ganzen Grenzen gesetzt; auf absehbare Zeit wird die Brennstoffzelle nur in teureren Fahrzeugen verbaut werden.

9.) Welche Autos kann man heute schon kaufen?

Wer heute ein Wasserstoff-Auto kaufen will muss sich nicht lange umsehen. Seit 2015 wird der Toyota Mirai angeboten – Ende 2020 soll es eine Neuauflage geben. Heutiger Preis: rund 78.000 Euro. Bei einem Tank mit einen Kapazität von fünf Kilogramm Wasserstoff kann der Mirai damit rund 500 Kilometer weit fahren. Hyundai hat einen SUV im Angebot, den Nexo, der mit einem Tankinhalt von 6,33 kg eine theoretische Reichweite von 750 km hat und 69.000 Euro kostet. Nur mit Fullservice-Leasing ist der Mercedes GLC F-Cell zu haben, der als Plug-in-Hybrid sowohl mit einer 13,8 kWH Batterie als auch mit einem 4,4-kg-Tank ausgestattet ist, so dass der Wasserstoff rechnerisch für 478 Kilometer reicht. Im Herbst möchte Renault die Käufer mit den Transportern Master und Kangoo bedienen.

Über den Autor

Gerd Junker Gerd Junker ist Co-Gründer und Geschäftsführer der Grünes Geld GmbH. Gerd Junker: „Wir leben was wir tun! Und das ist ganz einfach, denn der doppelte Nutzen von grünen Geldanlagen ist überzeugend – die Welt verbessern und Rendite erhalten.“ Mehr zu ihm und Grünes Geld auf Xing, Facebook oder Twitter.