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Der große Trending Topics Guide zum Wasserstoffauto

© BMW
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Seit einigen Jahren sind um Tesla gerade einmal Elektroautos hip geworden, und jetzt kommt die Autobranche und die Politik schon wieder mit einer neuen (eigentlich alten) Idee daher: Das Wasserstoffauto, kurz H-Auto mit Brennstoffzelle an Bord. Die Grundidee stammt aus dem 19. Jahrhundert, wurde nach dem Aufschwung fossiler Treibstoffe wieder vergessen und dann in den 1960ern und 1970ern von der NASA wieder belebt.

Heute ist das Wasserstoffauto, an dem die Autoindustrie seit Jahrzehnten forscht, wieder en vogue. Die Klimakrise verlangt nach rascher CO2-Reduktion, und das H-Auto erscheint als solche Lösung. PKW mit Brennstoffzelle sowie passende Tankstellen sind aber noch in homöopathischen Mengen vorhanden, und der Ausbau der passenden Infrastruktur wird Milliarden verschlingen. So ist davon auszugehen, dass sich zuerst eher reine Elektroautos bei immer mehr Konsumenten durchsetzen werden, bevor die Masse auf Fuel Cell umsteigt.

Politik drängt Richtung Wasserstoffauto

Zu vergessen ist neben technologischer Reife und Umweltthemen nicht die politische und geostrategische Dimension. Denn Wasserstoff verspricht Europa, die aktuelle Abhängigkeit von den Ölstaaten einerseits und den Batterie-Großmächten (v.a. China) zu lockern, weil er eben auch lokal produziert werden kann. Und so wird im Verkehrsministerium (BMVIT) und Umweltministerium (BMNT) sowie auf europäischer Ebene an Strategien gearbeitet. Auch die Parteien sind wieder auf das Thema aufgesprungen und streiten im aktuellen Wahlkampf ums Für und Wider.

Trending Topics hat mit 3 Experten zum Thema gesprochen und alle relevanten Punkte rund um Brennstoffzelle und Wasserstoffauto zusammen gefasst.

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Grob funktioniert ein Wasserstoffauto folgendermaßen: Der gasförmige Wasserstoff im Tank reagiert in der Brennstoffzelle mit dem Sauerstoff aus der Luft, und die Energie aus dieser chemischen Reaktion wird in elektrische Energie umgewandelt. Dieser Strom fließt dann in den Elektroantrieb oder wird in einer kleinen Batterie an Bord zwischengespeichert (z.B. fürs Bordsystem, Lichter, etc.). Aus dem Auspuff des Autos kommt dann übrigens Wasserdampf.

Wie viele Wasserstoffautos sind derzeit in Österreich auf der Straße?

Aktuell sind exakt 34 H-Autos im Land zugelassen. Dem gegenüber stehen rund 25.500 E-Autos – und 6,9 Millionen Kraftfahrzeuge generell.

Welche Wasserstoffautos gibt es in Österreich derzeit zu kaufen?

Im Wesentlichen zwei Modelle: den Toyota Mirai und den Hyundai Nexo. Doch beide Autos sind noch sehr teuer, sie schlagen mit rund 78.000 Euro zu Buche.

Reine Elektroautos sind da teilweise schon deutlich günstiger, allerdings muss man bei ihnen oft eine geringere Reichweite und lange Aufladezeiten in Kauf nehmen. Wer zu Hause über Nacht laden kann, für den ist ein reines Elektroauto sicher denkbar.

Neben Toyota und Hyundai setzen auch Daimler und BMW auf Wasserstoffautos, viel andere Hersteller wollen nachziehen. „In China geht es derzeit irrsinnig ab. Dort gibt es sehr viele OEMs, die Wasserstoffautos in Entwicklung haben”, sagt etwa Alexander Trattner, Geschäftsführer und wissenschaftlicher Leiter des Hydrogen Center Austria.

Wie viele öffentliche Wasserstofftankstellen gibt es in Österreich?

Gerade einmal fünf: zwei in bzw. bei Wien, und jeweils eine in Linz, Graz und Innsbruck.

Zum Vergleich: Für Elektroautos gibt es in Österreich mittlerweile mehr als 5.500 öffentlich zugängliche Ladepunkte. Allein in Wien sollen es bis 2020 rund 1.000 sein.

Doch langfristig könnten Wasserstofftankstellen besser sein, weil sie (siehe auch unten) auf bestehende Infrastruktur aufsetzen können. “Stromtankstellen sind, vor allem im innerstädtischen Bereich, sehr teuer, weil man den Boden öffnen muss. Ab einem gewissen Punkt sind Wasserstofftankstellen günstiger”, sagt Peter Hofmann vom Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien.

Wie viel bezahlt man für Wasserstoff an der Tankstelle?

Derzeit laut ÖAMTC pro Kilo rund 9 Euro. Der Preis ist allerdings gestützt. Wasserstoff wird unter einem Druck von 700 Bar gasförmig in den Tank des Autos gepumpt. Ein Kilo reicht für rund 100 Kilometer, derzeit können Modelle mit 4 bis 4,5 Kilo betankt werden.

Laut Thomas Hametner, Cheftechniker des ÖAMTC, könnte ein Kilo Wasserstoff künftig um einen Preis von 1,5 bis 2 Euro produziert werden. Dann würden die Preise für Konsumenten sinken.

Wie lange tankt man an der Wasserstofftankstelle?

“Wasserstoffautos sind absolut alltagstauglich. Sie lassen sich ähnlich schnell betanken wie Sprit-Autos und schaffen Reichweiten von mehr als 500 Kilometern”, sagt Peter Hofmann Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien. Ein leerer Tank ist in drei bis fünf Minuten wieder voll. Bei einem leeren Elektroauto hingegen braucht man an Schnelladestationen mindestens eine halbe Stunde.

© Hyundai
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Ist Wasserstoff nicht ziemlich gefährlich?

“Wasserstoff ist explosiv – muss es auch, sonst könnte es keine Energie freigeben. Aber er ist gleich sicher oder unsicher wie alle anderen Kraftstoffe auch. Und: Auch bei Batterien gibt es es eine hohe Brandgefahr”, sagt Alexander Trattner, Geschäftsführer und wissenschaftlicher Leiter des Hydrogen Center Austria.

“Ein Wasserstoffauto ist ähnlich gefährlich oder ungefährlich wie ein batterieelektrisches Fahrzeug oder ein Sprit-betriebenes Auto, das Feuer fängt”, sagt Peter Hofmann vom Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien.

Heißt in Summe: Wer Panik vor explodierenden H-Autos hat, muss sich auch vor E-Autos, Benzinern und Diesel-Fahrzeugen fürchten.

Wo kommt derzeit der Wasserstoff her?

“Im Moment ist es sicherlich so, dass Wasserstoff vorwiegend aus fossilen Quellen wie Erdgas (Methan) hergestellt wird. Wasserstoff über Elektrolyse aus erneuerbaren Energie zu produzieren, das läuft erst an”, sagt Hofmann von der TU Wien.

Ungefähr 40 Prozent des weltweit hergestellten Wasserstoffs ist ein Nebenprodukt v.a. der petrochemischen Industrie, 95 Prozent der restlichen 60 Prozent werden aus fossilen Energieträgern produziert. Deswegen spricht man auch von grauem Wasserstoff.

Kann Wasserstoff grün produziert werden?

Ja. “Wir müssen in Richtung grünen Wasserstoff gehen, der mit erneuerbaren Energien aus Sonne, Wasser oder Wind erzeugt wird”, sagt Trattner vom Hydrogen Center Austria. “Im Moment ist es sicherlich so, dass Wasserstoff vorwiegend aus fossilen Quellen wie Erdgas (Methan) hergestellt wird. Wasserstoff über Elektrolyse aus erneuerbaren Energie zu produzieren, das läuft erst an”, so auch Hofmann von der TU Wien.

Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff wird die Elektrolyse eingesetzt, und dafür braucht es Strom. voestalpine und Verbund bauen etwa eine PEM-Anlage (Polymer Electrolyte Membrane, Anm.) mit einem neuen Verfahren. Die Anlage ist die weltweit größte ihrer Art.

Wie sind die indirekten CO2-Emissionen von Wasserstoffautos?

Wasserstoffautos verursachen über den gesamten Lebenszyklus natürlich schon CO2, wenn man die Produktion des Fahrzeugs (Stahl, Blech, Plastik uvm.), die Herstellung der Energie und die Produktion der verbauten Akkus berücksichtigt. Doch laut Hydrogen Center Austria liegen die CO2-Emissionen eines Wasserstoff-PKW bei einer Laufleistung von 15.000 km pro Jahr, gerechnet auf 15 Jahre Lebensdauer, bei deutlich weniger als jene Emissionen von Benzin- oder Dieselautos.

© Fraunhofer ISE
© Fraunhofer ISE
© Hydrogen Center Austria
© Hydrogen Center Austria

BEV = Battery Electric Vehicle
FCEV = Fuel Cell Electric Vehicle
HEC = Hybrid Electric Vehicle

Ist das Wasserstoffauto ein Konkurrent des E-Autos?

Nein, sagen Experten. “Es gibt aus meiner Sicht keinen Konflikt zwischen dem E-Wasserstoff-Auto und dem E-Batterie-Auto, wir werden beides brauchen”, sagt Trattner vom Hydrogen Center Austria. Sie werden aller Voraussicht nach koexistieren. “Batterien sind in Klein-PKWs effizienter und auch ökologisch vertretbar. Aber in Bussen, in LKWs und in Groß-PKWs, dort hat die Brennstoffzelle mit Wasserstoff ihren Platz.”

“Das ist ein Nebeneinander”, sagt auch Thomas Hametner, Cheftechniker des ÖAMTC. “Wir werden ab 2030 keine dominante Antriebsform haben. Batterie hat ihre Vorzüge auf kurzen Distanzen. Ab 250 bis 300 km Reichweite hat der Wasserstoff die Nase vorne.”

Wo sollen Wasserstoff-Autos noch zum Einsatz kommen?

In zwei Zukunftsmärkten: beim Carsharing und in selbstfahrende Autos. „Gerade beim Carsharing und beim autonomen Fahren wird sich die Brennstoffzelle durchsetzen. Carsharing-Autos brauchen hohe Reichweiten und kurze Tankzeiten, und ein autonomes Fahrzeug braucht sehr viel Energie an Bord. Für beides ist die Batterie nicht geeignet“, sagt Trattner vom Hydrogen Center Austria.

Hat das Wasserstoffauto einen höheren Wirkungsgrad als das E-Auto?

Nur auf das fahrende Auto gerechnet, schneidet ein Batterie-elektrisch angetriebenes Auto besser ab als ein Wasserstoffauto. Aber: “Elektrizität ist eine sehr hochwertige Energieform, während Wasserstoff ein chemischer Energieträger ist, der einen Zwischenschritt für die Umwandlung braucht. Ein Batterie-elektrisches Auto ist beim Wirkungsgrad klar im Vorteil”, sagt Hofmann von der TU Wien. “Doch man muss dabei auch berücksichtigen, wie und wo die Batterien produziert werden, wie der Strom hergestellt und zwischen gespeichert wird. Die Zwischenspeicherung erfolgt wieder mit verlustbehafteten Stromspeichern, und die Batterieherstellung ist sehr energieintensiv – man verlagert einen großen Teil der CO2-Emissionen in die Herstellerländer der Batterien.“

Wie bekannt, brauchen Akkus für Elektroautos viel Lithium, das vor allem in Südamerika abgebaut wird (Trending Topics berichtete). „Die Herstellung von Batterien ist auch sehr Ressourcen-intensiv, wenn man sich etwa den Lithium-Abbau in Südamerika ansieht. Ich möchte gar nicht dran denken, wie die Auswirkungen auf die Natur sind, wenn man künftig Lithium für alle Autos der Welt braucht“, sagt Hofmann.

Wasserstoffautos haben doch auch eine Batterie an Bord?

Ja, aber die sind viel kleiner als jene von reinen Batterie-elektrischen Autos. Der Hyundai Nexo etwa hat eine Batteriekapazität von 1,56 kWh, während ein Tesla Model 3 eine Batteriekapazität von 50 kWh aufwärts hat. Ein E-Auto muss ja die Energie, die im H-Auto in Form von Wasserstoff an Bord ist, irgendwo speichern, um auf große Reichweiten zu kommen.

Welche Infrastruktur bräuchte eine Wasserstoff-Nation?

“Für einen flächendeckenden Einsatz in Europa wird es eine eigene Pipeline-Versorgung brauchen. Über Pipelines kann man riesige Energiemengen verteilen. Teile des bestehenden Pipeline-Netzes werden bereits dafür verwendet. Aktuell dürfen in Österreich bis zu 4 Prozent Wasserstoff ins Netz eingespeist werden”, sagt Trattner von Hydrogen Center Austria.

“Für die Energiewende braucht man eine Kraftstofflösung, die sich gut speichern lässt. Wasserstoff lässt sich leicht speichern und verteilen. Dazu kann man auch bestehende Infrastruktur wie Tankwagen oder Erdgasnetze verwenden“, sagt auch Hofmann von der TU Wien.

© Hydrogen Center Austria
© Hydrogen Center Austria

Welche geostrategischen Überlegungen gibt es bei den Wasserstoff-Plänen der EU?

Im Bereich der Batterien für E-Autos steht Europa sehr schlecht da. China ist der EU in punkto Produktion von Lithium-Ionen-Akkus meilenweit voraus (Trending Topics berichtete), zudem sind die Rohstoffe (Lithium, Kobalt) vor allem auf anderen Kontinenten (Südamerika, Afrika) zu finden.

Wasserstoff hingegen kann mit dem den entstprechenden Verfahren und entsprechendem erneuerbaren Strom (Wind, Wasser, Sonne) lokal produzieren. Bei flächendeckendem Einsatz könnte ein Land wie Österreich theoretisch durchaus unabhängig von Ölstaaten werden, was den Antrieb von Kraftfahrzeugen angeht.

“Wasserstoff ist eine Möglichkeit für Europa, von asiatischen und US-Herstellern von Batterien unabhängiger zu werden. So kann man die Wertschöpfung in Europa halten. Der Wasserstoff sollte sinnvollerweise in Europa aus erneuerbaren Energien produziert werden”, sagt Hofmann von der TU Wien.

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