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Auch wenn für viele ein mit Wasserstoff betriebenes Auto immer noch nach Zukunft klingt, ist die Technologie bereits relativ weit fortgeschritten und nicht neu. Im Jahr 1807 wurde von François Isaac de Rivaz (1752-1828) das erste Wasserstoff-Fahrzeug gebaut. 1806 baute Rivaz einen Verbrennungsmotor, für den ihm am 30.01.1807 das Pariser Patent Nr. 731 erteilt wurde. Damit erhielt er die Berechtigung, an Stelle des Dampfes, explosionsartige Verbrennungen als Triebkräfte für seine Maschinen zu benutzen. Der Motor funktionierte mit einem zündfähigen Gemisch aus Steinkohlengas, Wasserstoff und Luft.
Das erste serienmässige Wasserstoff-Fahrzeug ist der Toyota Mirai, welcher 2015 auf den Markt kam. Gehversuche anderer hat es bereits gegeben – von Daimler, BMW, General Motors, Honda und zuletzt Hyundai. Die Koreaner betrieben mit dem ix35 FCEV gar eine Leasing-Flotte. Da vorne unter der Haube schon der E-Motor und die ganze Elektronik stecken, müssen die Brennstoffzellen (unter dem Fahrersitz), die zwei bis drei Wasserstofftanks (vor und hinter der Hinterachse oder hinter dem Rücksitzt) und die Pufferbatterie (beim Prius unter dem 450-Liter-Kofferraum) ja irgendwo hin. Dass es da bei den momentanen Fahrzeugen an Knie- und Kopffreiheit fehlt, verwundert daher nicht. Es wird viel mehr Platz für die Technologie benötigt, als bei einem reinen Elektroauto. Dadurch sind die Fahrzeuge auch entsprechend schwer.
Wie funktioniert der Wasserstoffzellenantrieb überhaupt?
Beim Antrieb mit Brennstoffzelle wird auf eine chemische Reaktion gesetzt. Die chemischen Vorgänge entsprechen dabei im Prinzip der sogenannten Knallgasreaktion, bei der ein Gemisch von Sauerstoff und Wasserstoff zur Explosion gebracht wird. In einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle sind Sauerstoff und Wasserstoff durch eine dünne Folie – die namensgebende Polymermembran – getrennt. Diese Membran lässt vom Wasserstoff nur die Atomkerne, also die Protonen, passieren. In einer Brennstoffzelle verpufft die frei werdende Energie aber nicht, sondern wird in elektrische Energie umgewandelt oder zeitweise in einer Traktionsbatterie zwischengespeichert. Neben dem Strom entstehen nur noch Wärme und Wasser als Endprodukte. Toxische oder klimaschädliche Abgase gehören damit der Vergangenheit an, denn aus dem Auspuff kommt nichts als Wasserdampf. Der elektrische Speicher ermöglicht zum einen die Rekuperation, zum anderen entlastet er die Brennstoffzelle von Lastwechseln. Der Aufbau des Antriebs entspricht damit einem seriellen Hybridantrieb. International ist die Abkürzung FC(E)V für englisch fuel cell (electric) vehicle üblich.
Anbei eine Grafik, die etwas detaillierter erklärt, wie der Antrieb genau funktioniert:
Die Vorteile von H2 als Antriebsmittel
Die Brennstoffzelle hat durchaus Potenzial. Denn der Antrieb ist sauber (statt CO2 wird lediglich Wasserdampf freigesetzt) und im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen ist das Tanken eine Frage von ein paar Minuten. Weiter kann gesagt werden, dass H2-Fahrzeuge sich fahren wie typische Elektrofahrzeuge, jedoch dank einer Brennstoffzelle dabei auf eine grosse Batterie verzichten können und somit auch weniger wertvolle Metalle (die manchmal unter bedenklichen Bedingungen abgebaut werden) verwendet werden müssen.
Aktuell gibt es 5 Fahrzeuge, welche auf dem Markt erhältlich sind:
|Toyota Mirai|
Bildquelle: Motor1
|Hyundai Nexo|
Quelle: Ecomento
|BMW i Hydrogen next|
Quelle: automotorsport
|Honda Clarity Fuel Cell|
Quelle: Motortalk
|Mercedes GLC F-Cell|
Quelle: Ecomento
Die momentanen Nachteile
Mit dem Antrieb sind aber auch einige Nachteile verbunden, die ihren Teil dazu beigetragen, dass sich diese Technologie (noch) nicht durchgesetzt hat. Zum einen sind die Fahrzeuge einfach wesentlich teurer. Der Toyota Mirai kostet z.B. 80’000 CHF und auch wenn die Kosten in den nächsten Jahren noch etwas sinken, sind sie immer noch teurer als z.B. Fahrzeuge, die mit Benzin oder Diesel fahren.
Desweiteren sind die Fahrzeuge genau wie Elektrofahrzeuge relativ schwer und haben eine tiefere Reichweite in Bezug auf eine Tankladung. Reicht diese bei Diesel z.B. für 1’000 Km, kommt man mit dem H2 nur 400 Km weit.
Einer der gewichtigsten Punkte ist jedoch die fehlende Infrastruktur. Während das Tankstellennetz der Elektroladesäulen immer dichter wird, steckt das H2-Tankstellennetz in der Schweiz, wie aber auch in ganz Europa noch in den Kinderschuhen. In der Schweiz stehen z.B. 2020 erst zwei Ladesäulen. Zumindest sind 5 weitere in Planung. Der gesamte Ausbau für ein europäisches Netz würde im zweistelligen Milliardenbereich liegen. Ob die Politik bzw. private Investoren dazu bereit sind, diesen Betrag zu stemmen, liegt in den Sternen.
Ein letzter Punkt ist, dass sich zwar alle bewusst sind, dass fossile Antriebe ersetzt werden müssen, aber gerade im PKW-Bereich die Ausbreitung der E-Autos sich immer stärker durchsetzt, da die Batterien immer günstiger und gleichzeitiger effizienter werden und zudem die Ladezeiten kontinuierlich sinken.
Abschliessend kann gesagt werden, dass H2 vor allem dann als sinnvolles Antriebsmittel genutzt werden kann, wenn der Wasserstoff lokal aus grüner überschüssiger Energie produziert wird.
Breite Allianz in der Schweiz will H2O den Weg ebnen
Bildquelle: Eurotransport
Mehr zum aktuellen Stand der H2O Mobilität findet man auf der Seite des Fördervereins H2 Mobilität Schweiz. Dieser setzt sich aus verschiedenen Tankstellenbetreiber, Transport- und Logistikunternehmen sowie Firmen mit Fahrzeugflotten zusammen, die über erneuerbare Ressourcen, über die Kaufkraft, über den Spirit der Start-Ups und auch Pioniergeist verfügt, um die Wasserstoffmobilität wirklich massentauglich zu machen. Mit der Eröffnung der zweiten H2-Ladesäule diesen Juli in der Schweiz will man ein sichtbares Zeichen setzen. Ein Beitrag von 10 vor 10 dazu, findet man hier (Ab Minute 10). Die Zukunft wird zeigen, ob sich der H2-Antrieb gerade im LKW-Bereich durchsetzen kann.
Weiterführende Quellen: