Wasserstoff als Energieträger: Sind wir mit Li-Ion-Akkus auf dem falschen Weg?

By Ralf Siebler
Toyota Mirai Wasserstoff AutoToyota Mirai Wasserstoff Auto

Wirklich die einfachere Alternative?

Während sich das Elektroauto ganz langsam, aber sicher seinen Platz in unserer Mobilitätswelt erobert, werden Zweifel am Konzept laut: Die verwendete Akkutechnologie sei umweltschädlich, schwer und teuer. Dabei gäbe es ja eine ganz einfache und umweltfreundliche Alternative: die Brennstoffzelle mit Wasserstoff.

Das Prinzip scheint auf den ersten Blick bestechend einfach: Mit elektrischer Energie wird per Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Den Wasserstoff füllt man dann in den Tank eines Autos. Dort wird über eine Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff wieder Strom erzeugt, der dann das Fahrzeug antreibt. Und aus dem Auspuff kommt nichts als reinstes Wasser.

Neu ist die Idee von Wasserstoff als Energieträger indes nicht. Mit seiner CleanEnergy World-Tour versuchte BMW noch vor der Jahrtausendwende, ihn als Treibstoff für Verbrennungsmotoren zu etablieren. Der BMW 750hL aus dem Jahr 1999 hatte einen Zwölfzylindermotor, der es auf nicht eben beeindruckende 104 kW brachte. Damit legte das Versuchsfahrzeug immerhin 170.000 Kilometer rund um den Globus zurück.[1]

Ein flüchtiges und schwer zu kontrollierendes Gas

Ein Marktrenner wurde der Wasserstoff-7er dennoch nicht. Denn schnell zeigten sich die Probleme, die der Energieträger mit sich bringt:

  • Wasserstoff ist ein ausgesprochen flüchtiges Gas, das sich in einem Fahrzeugtank nur schwer unter Kontrolle halten lässt. Er diffundiert sogar durch Metalle hindurch.
  • Etablierte Verteilerstrukturen, zum Beispiel Erdgas- oder Treibstoff-Pipelines lassen sich nicht für seine Verbreitung nutzen.
  • Auch das bestehende Tankstellennetz ist für das leichteste aller Elemente nicht geeignet.

Der BMW 750hL war seinerzeit noch auf einen monströsen Tank angewiesen. Dort wurde der Treibstoff tiefkalt gelagert, in flüssiger Form. Heute setzt man eher auf Hochdrucktanks. Mit ihnen erreichen Spitzenmodelle unter den Wasserstoffautos, etwa der Hyundai Nexo, eine Reichweite von mehr als 750 Kilometern – bei nur 5 Minuten Tankzeit[2].

Das klingt zunächst recht verlockend – wäre da nur nicht die Sache mit dem Tankstellen-Netz: Es umfasst Deutschlandweit zurzeit gerade mal etwa 60 Wasserstoff-Zapfstellen[3]. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich schätzen den Investitionsbedarf für den Aufbau einer kompletten Wasserstoff-Infrastruktur für den deutschen PKW-Strassenverkehr auf 61 Milliarden Euro[4].

Wasserstoff- Auto Funktion, Toyota Europe

Wasserstoff- Auto Funktion, Toyota Europe

Der niedrige Wirkungsgrad der Brennstoffzelle treibt die Preise

Aber selbst wenn es ein ausreichend dichtes Tankstellennetz gäbe: Auch die reinen Tankkosten wären deutlich höher als bei anderen Energieträgern. Sie betragen für eine Strecke von 500 Kilometer:

  • 25 Euro bei einem Elektroauto mit Lithium-Ionen-Batterie
  • 30 Euro bei einem Fahrzeug mit Diesel-Verbrennungsmotor
  • 50 Euro bei einem Elektroauto mit Brennstoffzelle[5]

Der Vergleichsweise hohe Preis der Wasserstoff-Mobilität resulitert nicht zuletzt aus dem Wirkungsgradproblem. Und die Effizienz ist bei einer Lithium-Ionen-Batterie eben um den Faktor 2- bis 3-mal besser als bei einer Brennstoffzelle. Bei der Umwandlung von Gas in Strom geht sehr viel Energie verloren. [6] Wasserstoff wird heute hauptsächlich durch Reformierung aus Erdgas gewonnen.[7] In einem wirklich nachhaltigen und CO2-neutralen Energiesystem müsste man, wie bereits erwähnt, aus Ökostrom zuerst per Elektrolyse Wasserstoff aus Wasser und dann per Brennstoffzelle wieder Strom aus Wasserstoff herstellen – ein langer Weg, mit entsprechend hohen Verlusten.

Das Stromnetz: ein etabliertes Verteilersystem

Vor diesem Hintergrund ist es auf einmal gar nicht mehr so erstaunlich, dass sich die Industrie auf die inzwischen schon bewährten Lithium-Ionen-Akkus konzentriert. Sie bieten mittlerweile ausreichende Energiedichte und können sich auf ein bereits etabliertes Verteilersystem stützen: Das Stromnetz.

Wir sind also keineswegs auf dem falschen Weg: Lithium-Ionen-Akkus sind derzeit der einzig gangbare Weg zur Elektrifizierung unserer PKW. Die Wasserstoffwirtschaft bleibt eine Zukunftstechnologie, wie sie es schon von zwanzig Jahren war – und wohl auch in zwanzig Jahren noch sein wird.

Lithium-Ionen-Akkus profitieren dagegen mehr und mehr von Skalierungseffekten. Durch die Massenproduktion wird ihr Preis von 400 Euro pro Kilowattstunde (2013) auf geschätzte 84 Euro pro Kilowattstunde im Jahr 2020 fallen[8].

Es gibt also bei Elektroautos keinen Grund zu Kehrtwende. Wohl aber sollte man im Auge behalten, dass es bei der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus noch viel Verbesserungsbedarf gibt, gerade was den Energie- und Wasserverbrauch angeht.

Es gibt noch viel zu tun – aber wir sind auf dem richtigen Weg.

Ein gutes Video zu diesem Thema hat REAL Engineering erstellt (Englisch):

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