Pro & Contra Wasserstoff-Antrieb

28. Dezember 2023
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Aktuelles

Dass die Nutzung von Wasserstoff als Energiequelle für die Realisierung der Klimaziele unausweichlich sein wird, ist weitgehend Konsens. Darüber, wie und wo H2 eingesetzt werden soll, wird aber ebenso leidenschaftlich wie auch meist unsachlich gestritten. Folgende Fakten sind allerdings maßgeblich:

1. Für die allein in Österreich jährlich aus fossilen Energieträgern bezogenen 286 Terawattstunden gibt es kein lokal herstellbares Ökostrom-Äquivalent, weil das Wind-, Wasser- und Solar-Potenzial dafür nicht ausreicht.
2. Wirtschaftlich signifikante Industrie-Bereiche können nur schwer mit elektrischem Strom betrieben werden, etwa Glasschmelz-Öfen sowie Zementwerke.
3. In Weltregionen mit viel Wind und/oder Sonne lässt sich die benötigte Menge Ökostrom theoretisch herstellen, für ihren Transport braucht es allerdings ein Speichermedium.
4. Die E-Mobilität hat gegenüber den thermischen Antrieben den Nachteil des Zeitverlustes beim Laden und der fehlenden Lademög-
lichkeit daheim für ­große Teile der Bevölkerung, etwa in Städten.

Wasserstoff ist zumindest in der Theorie eine Lösungs-Option für alle vier Problemstellungen. Er ist günstig mit Strom aus Wasser in Elektrolyse-Anlagen herstellbar, die Energieverluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie in H2 betragen aktuell etwa 30 Prozent. Das damit befasste Forschungsprojekt Kopernikus P2X ist jedoch zuversichtlich, diesen Wert schon bald halbieren zu können. Damit entsprächen die Wandlungsverluste nur noch denen eines Strom-Transports in Hochspannungsleitungen über etwa 1750 Kilometer.

Steigerbar wäre mit der Speicherung von Energie in Form von Wasserstoff auch die Effizienz von Windrädern – Abschaltungen wegen Nichtbenötigung von Energie ließen sich so minimieren. Gleiches gilt für PV-Anlagen: Eine ansehnliche Menge H2 ließe sich also auch lokal herstellen, ohne von der sonstige Ökostrom-Produktion etwas abzweigen zu müssen.

Der Nachteil von Wasserstoff ist, dass er unter Druck und bei Niedrigtemperatur gespeichert werden muss, wofür nicht nur technischer Aufwand, sondern auch zusätzliche Energie notwendig sind. Dennoch ist seine künftige Nutzung für industrielle Zwecke, in nicht elektrifi­zierten Bahnnetzen und auch für den Betrieb von Lkw absehbar – je höher der Bedarf in der Einzelanwendung, desto eher zahlt sich der Aufwand aus.

In einem Pkw ist diese Rechnung grenzwertig, dazu fehlt aktuell die Infrastruktur für die flächendeckende Bereitstellung. Experten wie Motoren-Guru Professor Fritz Indra erteilen dieser Lösung sogar eine klare Absage. Indra: „Für den breiten Einsatz im Pkw ist Wasserstoff wegen des Aufwands an der Tankstelle nicht geeignet. Es werden dreistufige Kolbenkompressoren benötigt, mit denen der Wasserstoff in riesigen Stahlspeichern verdichtet werden muss, dazu immer wieder Zwischenkühlung. Das ergibt schlechte Tank-Taktzeiten, und es ist ein auf­wändiger sowie teurer Prozess.“

In Österreich gibt es derzeit gerade einmal fünf H2-Tankstellen, ­womit das heimische „Netz“ ­gemessen an den aktuell 126 Stück in ganz Europa sogar noch verhältnismäßig dicht ist. Der Ausbauplan sieht EU-weit 600 vor, die bis 2030 installiert sein sollen und vorrangig für Lkw gedacht sind – Wasserstoff-Pkw könnten davon jedoch profitieren.

An Bord eines Pkw entstehen bei der Wiederumwandlung des Wasserstoffs in Strom erneut Verluste – hier liegt die Effizienz bei etwa 60 Prozent. Selbst im Idealfall werden schließlich also weniger als 50 Prozent des ursprünglich erzeugten Stroms auch tatsächlich für den Antrieb nutzbar. Dr. Jürgen Guldner, Programmleiter Wasserstoff bei BMW gibt allerdings zu bedenken: „Bezüglich des Wirkungsgrads von Wasserstoff muss man die gesamte Wertschöpfungskette im Blick haben, nicht nur den Wirkungsgrad des Fahrzeugs.“

Guldner spielt damit auch auf die China-Abhängigkeit durch Batterien an. Beim nun als Teil einer europaweit eingesetzten Pilot-Flotte präsentierten iX5 Hydrogen kommt unter anderem Technik von Toyota zum Einsatz, die Brennstoffzelle leistet 170, der E-Motor 401 PS. Die Differenz wird durch eine Pufferbatterie mit 5 kWh überbrückt, die Reichweite beträgt 504 Kilometer.

Zumindest Toyota, Mazda und Kia/Hyundai haben allerdings schon eine weitere ­Variante des H2-Antriebs im Köcher: den Wasserstoff-Verbrennungsmotor, jeweils basierend auf einem Benzin-Aggregat, das mit überschaubarem Aufwand für die temperaturintensivere H2-Verbrennung adaptiert wurde. Der Energie­gehalt von rund 33 kWh je Kilo Wasserstoff ermöglicht hohe Reichweiten, die Druckbetankung dauert kaum länger als die mit Benzin oder Diesel bei einem herkömmlichen Pkw.

Das laute Beschweigen dieses Themas bei namhaften deutschen Herstellern lässt darauf schließen, dass sie ebenfalls intensiv daran arbeiten – allerdings wäre diese Entwicklung aufgrund
ihrer besseren Nutzbarkeit der Fahrzeuge automatisch der natürliche Feind der E-Mobilität, die jedoch unverändert politischer Wille ist.

Diesen zumindest in Teilbereichen zu torpedieren, indem Abhilfe für die Speicherproblematik von Wasserstoff geschaffen wird, könnte der vom Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik entwickelten „Powerpaste“ gelingen – in ihr wird H2 mit Magnesiumhydrid gebunden, das Ergebnis sieht in etwa aus wie graue Zahnpasta. Sie kann offen transportiert werden, ist fließ- und pumptauglich. Mit 1,9 Kilowatt je Kilo hat sie zwar nur etwa ein Viertel des Energiegehalts von einem Liter Benzin, aber mehr als das Zehnfache einer Lithium-Ionen-Batterie. Bei der Zusammenführung mit Wasser wandelt sich die Powerpaste wieder in H2 – sogar in mehr davon, als sie selbst enthält, weil auch das Wasser an der Umwandlung teilnimmt. Eine Pilotanlage für die Produktion auf industriellem Standard ist aktuell in Bau.

Foto: Werk

Dieser Artikel erschien zuerst in der Printausgabe ALLES AUTO 11/2023