Brennstoff­zellenauto

Ein Brennstoff­zellenauto wird mit Wasserstoff betrieben, weswegen man in diesem Zusammenhang auch den Begriff Wasserstoffmobilität benutzt. Der Vorteil ist, dass das Brennstoff­zellenauto als einziges Abgas Wasserdampf und Abwärme ausstößt, was das Brennstoff­zellenauto besonders umweltfreundlich macht. Die Brennstoff­zellen-Technologie in Deutschland steckt noch in den Kinderschuhen. Doch wie umweltfreundlich ist das Brennstoff­zellenauto wirklich und wie vielversprechend ist die Wasserstoff-Brennstoff­zelle im Auto? Und welche Fahrzeughersteller haben bereits ein Brennstoff­zellenauto auf den Markt gebracht?

Was ist ein Brennstoff­zellenauto?

Bei einem Brennstoff­zellenauto handelt es sich um ein Fahrzeug, dessen Antrieb über gasförmigen Wasserstoff läuft. Durch die chemische Reaktion mit Sauerstoff wird die im Wasserstoff gespeicherte Energie freigesetzt und treibt als Strom den im Brennstoff­zellenauto verbauten Elektromotor an. Bei einem Brennstoff­zellenauto handelt es sich also um ein E-Fahrzeug, das keine Schadstoffe ausstößt. Das Brennstoff­zellenauto setzt lediglich etwas Wasserdampf und Abwärme frei.^[1]

Brennstoff­zellenauto - Prinzip und Funktion verständlich erklärt

Die Funktionsweise eines Brennstoff­zellenautos und das Prinzip des Brennstoff­zellenautos lassen sich wie folgt erklären: Die Brennstoff­zelle verfügt über zwei Elektroden, die Anode und die Kathode. Diese sind mit einem Katalysator beschichtet, der beispielsweise aus Nickel oder Platin besteht. Die Elektroden im Brennstoff­zellenauto sind durch einen Elektrolyten getrennt, der für Gase undurchlässig ist.

Die Erzeugung von Strom im Brennstoff­zellenauto ist ein komplexer chemischer Prozess, der je nach Art der Brennstoff­zelle und des Aufbaus des Brennstoff­zellenautos unterschiedlich ablaufen kann. Nehmen wir das Beispiel der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoff­zelle: Wenn man der Anode Wasserstoff und der Kathode Sauerstoff zuführt, kommt es zu einer sogenannten "kalten Verbrennung". Das bedeutet, es muss dem Brennstoff­zellenauto keine Energie von außen zugeführt werden, damit Sauerstoff und Wasserstoff miteinander reagieren. Das Ergebnis ist elektrischer Strom und als Nebenprodukt Wasserdampf und Abwärme.

Der Vorteil der kalten Verbrennung ist, dass keinerlei schädliche Verbrennungsprodukte wie Stickoxide entstehen. Zudem fährt das Brennstoff­zellenauto so gut wie lautlos. Der Brennstoff­zellenauto-Verbrauch ist sehr niedrig, weshalb das Brennstoff­zellenauto im Vergleich zur E-Batterie sehr lange durchhält. Ein Brennstoff­zellenauto kann also über sehr lange Zeit betrieben werden, ohne zwischenzeitlich aufgeladen werden zu müssen. Die bisher existierenden Fahrzeuge mit Brennstoff­zelle sind in der Lage, große Mengen Wasserstoff zu transportieren, ohne allzu sehr an Gewicht zuzulegen.^[1]

Sicherheit Brennstoff­zellenautos: Wie sicher ist das Brennstoff­zellenauto?

Im Vergleich zu Kraftstoffen wie Benzin und Erdgas sind im Umgang mit Wasserstoff und der Brennstoff­zelle für Autos andere Sicherheitsmaßnahmen notwendig. Anders als viele Menschen denken, ist die Handhabung des in der Regel gasförmig gelagerten Wasserstoffs aber nicht unbedingt gefährlicher. Wie bei anderen Brennstoffen ist auch die Einhaltung regulatorischer und technischer Vorgaben nötig, um die Sicherheit von Brennstoff­zellenfahrzeugen zu gewährleisten.

Immer wieder gibt es öffentliche Debatten darüber, wie riskant speziell die Speicherung gasförmigen Wasserstoffs in Druckgasflaschen im Brennstoff­zellenauto ist. Tatsächlich zeigen Tests, dass solche Tanksysteme sehr stabil sind. So bleiben Tanks, die beispielsweise aus großer Höhe fallen gelassen, Feuer ausgesetzt oder beschossen wurden, ohne ernsthafte Beschädigungen. Zusätzliche Sicherheitseinrichtungen wie Überdruckventile im Brennstoff­zellenauto sorgen im Falle einer Störung dafür, dass Menschen einem möglichst geringen Risiko ausgesetzt sind.

Das bedeutet: Wasserstoff bringt alle Voraussetzungen mit, die es braucht, um als sicherer Kraftstoff zu gelten. Teilweise ist Wasserstoff sogar sicherer als herkömmliche Kraftstoffe. So entweicht er aufgrund seiner geringen Dichte in einer brennenden Umgebung nach oben, statt in das Brennstoff­zellenauto zu fließen.^[2]

Brennstoff­zellenauto Zukunft: Ist die Brennstoff­zelle die Zukunft der Logistik?

Zurzeit werden in Deutschland in Sachen Mobilität nach wie vor fast vollständig fossile Energieträger genutzt. Das führt dazu, dass der Verkehr hierzulande insgesamt 19 Prozent der Kohlendioxid-Emissionen verursacht (Stand 2019). Gleichzeitig steigt die Anzahl der Elektroautos an. So hat derzeit circa jedes dritte neu zugelassene Auto einen (teilweisen) E-Antrieb.

Um die gesteckten Klimaziele zu erreichen, will die Bundesregierung die Wasserstoffmobilität mit Finanzspritzen voranbringen und die deutsche Industrie zum Weltmarktführer für moderne Wasserstofftechnologie machen. Im Jahr 2020 beschloss die Bundesregierung ein zusätzliches Förderpaket von insgesamt neun Millionen Euro.

Außerdem gibt es seit 2016 die Wasserstoffstrategie des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoff­zellentechnologie (NIP II). Diese sieht vor, die Serienproduktion bis 2026 anzukurbeln und das Tankstellennetz bis 2022 auf 400 Säulen zu erweitern.

Zur gleichen Zeit wird auch immer wieder Kritik am Brennstoff­zellenauto laut. Diese bezieht sich vor allem darauf, dass sich Wasserstoff nur unter hohem Energieaufwand gewinnen lässt und die Herstellung daher immer noch sehr teuer und aufwendig ist.^[1]

Brennstoff­zellenauto – Vor- und Nachteile

Was sind die Vorteile und Nachteile von Brennstoff­zellenautos? Das Brennstoff­zellenauto bringt zahlreiche Vorteile wie die große Reichweite von Brennstoff­zellenautos mit sich. Mit welchen Vor- und Nachteilen für Mensch und Umwelt das Brennstoff­zellenauto verbunden ist, hängt ganz davon ab, wie der verwendete Wasserstoff gewonnen wird. Das Brennstoff­zellenauto gilt rechtlich als "Zero Emission Vehicle" (ZEV), denn der elektrochemische Prozess läuft komplett emissionsfrei ab. Freigesetzt werden lediglich Wärme und Wasserdampf.

Will man die Brennstoff­zellenauto-Vorteile richtig beurteilen, muss man aber auch die Emissionen berücksichtigen, die bei der Herstellung des Wasserstoffs anfallen. Bezieht man diese mit ein, zeigen sich große Unterschiede. Nutzt man nämlich Wasserstoff, der mit Erdgas hergestellt wird, ist die Klimabilanz äußerst schlecht. Stammt der Strom hingegen aus erneuerbaren Energien, ist die Klimafreundlichkeit wiederhergestellt.

Das Wasserstoff- und Brennstoff­zellenauto bietet daher riesige Chancen auf der Suche nach Alternativen für fossile Brennstoffe. Dies gilt allerdings nur solange, wie die Energie aus regenerativen Quellen wie Solarthermie, Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft sowie Geothermie und Biomasse stammt.^[3]

Wie viel Strom erzeugt eine Brennstoff­zelle?

Bei der Brennstoff­zelle handelt es sich um einen äußerst effizienten Antrieb, dessen elektrischer Wirkungsgrad bei über 60 Prozent liegt. Das bedeutet, dass die verbrauchte Energie sehr gut genutzt werden kann. Im Vergleich erreicht ein Benzinmotor einen Wirkungsgrad von bis zu 35 Prozent. Trotz des Energieaufwands für die Wasserstoffherstellung liegt der Gesamtwirkungsgrad eines Brennstoff­zellenfahrzeugs daher schon jetzt über dem eines typischen Pkws.^[1]

Kann man bereits Wasserstoff-Brennstoff­zellen Fahrzeuge kaufen?

Einige Fahrzeughersteller haben inzwischen leistungsfähige Brennstoff­zellenauto Modelle herausgebracht, die mit Reichweiten von bis zu 700 Kilometern glänzen. Damit liegen sie deutlich vor den reichweitenstärksten E-Autos, die höchstens auf bis zu 650 Kilometer kommen.^[1]

Trotzdem ist die Entwicklung des Brennstoff­zellenautos noch längst nicht abgeschlossen und bedarf gerade in der Produktion weiterer Fortschritte. Wer sich für ein Brennstoff­zellenauto entscheidet, kann aktuell zwischen zwei Modellen auswählen: dem Hyundai Nexo und dem Toyota Mirai (I und II). Zwischenzeitlich war zudem der Mercedes GLC F-Cell erhältlich, den der Hersteller aber dann wieder vom Markt genommen hat.^[1]

Hyundai veröffentlichte mit dem Xcient Fuel Cell den ersten Lkw mit Brennstoff­zellenantrieb und damit den ersten für den Schwerlastverkehr geeigneten Wasserstoff-Lkw. Das Fahrzeug hat eine 72-kWh-Batterie, erreicht rund 400 Kilometer Reichweite und kann in der Brennstoff­zellenauto-Batterie 31 Kilogramm Wasserstoff mit sich führen.^[3]

Fazit

Das Brennstoff­zellenfahrzeug und seine Entwicklung sind in Deutschland noch nicht allzu weit fortgeschritten. Gerade einmal zwei Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoff­zellen sind derzeit hierzulande erhältlich. Eine noch neuere Entwicklung ist die Direktmethanol-Brennstoff­zelle für Autos, die die Vorteile von Elektroautos – also auch Brennstoff­zellenautos – mit denen von Verbrennern kombiniert. Wie beim Brennstoff­zellenauto läuft auch in einer Methanol-Brennstoff­zelle eine saubere Verbrennung ab. Für die Klimabilanz ist lediglich wichtig, dass sowohl Wasserstoff als auch Methanol klimaneutral hergestellt wurden.