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Wasserstoffmobilität: Zukunft oder chancenlos?

Er wird als Treibstoff der Zukunft angepriesen. Dank Wasserstoff seien Autos, die kaum bis gar keine Emissionen verursachen, keine Zukunftsmusik mehr, sondern schon bald massentauglich. Klingt zu schön, um wahr zu sein? Erfahren Sie hier, ob Wasserstoff hält, was er verspricht, und was es mit blauem und grünem Wasserstoff auf sich hat.

Es klingt vielversprechend, was dem Wasserstoff zugeschrieben wird: In naher Zukunft sollen dank modernster Brennstoffzellen ausschließlich Null-Emissionen-Fahrzeuge auf unseren Straßen unterwegs sein. Brennstoffzellen funktionieren ähnlich wie Batterien, nur dass ein Treibstoff benötigt wird – eben Wasserstoff. Ein verbeitetes Missverständnis: Spricht man von mit Wasserstoff betriebenen Autos, meint man nichts anderes als eine Variante des Elektroautos, denn angetrieben werden "Fuel Cell Electric Vehicles" (FCEV) von einem Elektromotor. Der Unterschied liegt in der Speicherung der Energie. Im Fall der Wasserstoffautos wird der Wasserstoff aus speziellen Hochdrucktanks im Fahrzeug in Brennstoffzellen geleitet, wo er mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft reagiert. Heraus kommt Wasser und elektrischer Strom. Der Strom wird in einer Hochvolt-Batterie gepuffert oder direkt an den Elektromotor übertragen. Das Wasser verdampft oder tröpfelt aus dem Auspuff.

 

Wie wird Wasserstoff hergestellt?

Wasserstoff (chemisches Symbol: H) ist auf der Erde in praktisch unbegrenzter Menge vorhanden, allerdings selten in elementarer Form. Er liegt in gebundener Form vor, zum Beispiel in Wasser oder Kohlenwasserstoffen. Grundsätzlich gibt es zwei Arten, wie Wasserstoff hergestellt werden kann: aus (fossilen) Energieträgern einerseits und aus Elektrolyse andererseits. Bei der Elektrolyse spaltet elektrischer Strom Wasser in seine beiden Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff auf. Das Problem bei dieser Herstellungsmöglichkeit ist der hohe Energieaufwand. Nachhaltig und ressourcenschonend ist die Wasserstoffproduktion nur, wenn für die Elektrolyse Strom aus erneuerbaren Quellen (etwa Solar-, Wind- oder Wasserkraft) eingesetzt wird. Momentan wird Wasserstoff aber meist durch Umwandlung von Methan und anderen fossilen Quellen gewonnen, wobei CO2 entsteht. Man spricht dann von grauem Wasserstoff.

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Warum farbloser Wasserstoff trotzdem blau oder grün sein kann

Wasserstoff ist grundsätzlich ein farbloses Gas. Farbbezeichnungen haben lediglich Aussagekraft, wenn es um die Art der Produktion geht. Grüner Wasserstoff z. B. wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Erdöl und Erdgas enthalten Kohlenwasserstoffverbindungen, von denen sich der Wasserstoff in sogenannten Dampfreformern abspalten lässt, wobei allerdings Kohlendioxid freigesetzt wird. Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen so rund 10 Tonnen CO2. Blauer Wasserstoff ist eigentlich grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird. Das CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann als CO2-neutral betrachtet werden. Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wird. Statt CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.

Vorteile von Wasserstoffmobilität

Eines ist unbestreitbar: Wasserstoff ist ein 1A-Engergieträger. Befürworter der Wasserstofftechnik versprechen nichts weniger als die komplett saubere Speicherung von erneuerbarer Energie aus Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen. Wasserstoff lässt sich beliebig lange in beliebig großen Tanks lagern. Der Brennwert eines Kilogramms Wasserstoff liegt bei 33 Kilowattstunden, also bei mehr als dem Dreifachen des Energiegehalts eines Liters Benzin oder Diesel. Wie wird Wasserstoff gewonnen?
 

Eines ist unbestreitbar: Wasserstoff ist ein 1A-Engergieträger. Vieles spricht für den Einsatz von Wasserstoffmobilität. Hier ein paar Fakten:

  • Die Wasserstofftechnologie ist ein wichtiger Schritt Richtung Nachhaltigkeit und emissionsfreier Mobilität.
  • Der Brennwert eines Kilogramms Wasserstoff liegt bei 33 Kilowattstunden, also bei mehr als dem Dreifachen des Energiegehalts eines Liters Benzin oder Diesel.
  • Mit fünf Kilogramm Wasserstoff im Autotank (die Speicherung im Fahrzeug erfolgt gasförmig bei 350 oder 700 bar) sind mehr als 400 Kilometer Reichweite möglich! Das Nachtanken dauert mit fünf bis zehn Minuten nicht wesentlich länger als mit Benzin oder Diesel. Insbesondere für den öffentlichen Verkehr (Busse) und andere Nutzfahrzeuge mit wenig Standzeiten und weiten Fahrtstrecken ist Wasserstoffantrieb sinnvoll. 

 

Was spricht gegen Wasserstoffmobilität?

So sehr sich viele die Wasserstoffmobilität herbeisehen – von einer Markteinführung sind wir noch weit entfernt. Zunächst einmal scheitert es an den Kosten. Die Brennstoffzellentechnik ist noch sehr teuer, unter anderem deshalb, weil für die Brennstoffzellen für Autos teure Edelmetalle wie etwa Platin notwendig sind. Weitere Hauptprobleme sind die fehlende Infrastruktur und die Speicherung. Weder der Transport und die Verteilung noch die Wasserstoff-Produktion sind in Österreich so weit, als dass Wasserstoffmobilität wirtschaftlich genutzt werden könnte. Wasserstoff kann z. B. nicht durch existierende Gaspipelines gepumpt werden, da das Gas an jedem Ventil entweichen und der Stahl beschädigt werden würde. Deshalb muss er auf der Straße zu den Tankstellen transportiert werden, wobei der benötigte Druck (700 bar) für die großen Tank-Auflieger zu groß ist. Man kann Wasserstoff stattdessen flüssig zu den Tankstellen liefern, allerdings hat man hierbei den Nachteil, dass die LKW-Tanks stark isoliert werden müssen - dadurch verliert man viel Tank-Volumen und der Wasserstoff muss schnell geliefert werden. Zwar kühlt die Verdunstungskälte des siedenden Wasserstoffs den Tank, der verdunstete Wasserstoff entweicht aber. Heißt: Ein Flüssigwasserstoff-LKW kommt nie mit vollem Tank an. Das Verflüssigen des Wasserstoffs bedeutet im Übrigen einen enormen Energieaufwand, da Wasserstoff erst bei minus 253°C den Aggregatzustand wechselt.

Und eines darf man trotz all der Frohlockungen nicht vergessen: Existierende Verkehrsprobleme, wie etwa zeitraubende Staus oder Platzknappheit im öffentlichen Raum, die die Massen an PKWs und LKWs auf unseren Straßen verursachen, wird auch die Wasserstoffmobilität nicht lösen können.

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Datum: 05.03.2020