Warum Wasserstoff für Autos der falsche Weg ist

0
14

Da derzeit das „Wasserstoff Thema“ in Bezug auf Kraftfahrzeuge groß in den Medien und der Politik gespielt wird, möchte ich kurz erläutern weshalb aus meiner Sicht, Wasserstofffahrzeuge keine Chance haben. Ich werde die Erklärung, wie üblich, so einfach als möglich halten. Tiefergehende Diskussionen gerne in den Kommentaren.

Zunächst einmal ist Wasserstoff ein Wirklich guter Energieträger der in Zukunft eine große Rolle spielen wird. Aber nicht im Individualverkehr.

Das Problem von Wasserstoff, Wasserstoff Fahrzeugen, auf einen Nenner gebracht. Es ist zu teuer. Das Problem ist nicht das Fahrzeug selber sondern die Infrastruktur.

Zunächst einmal benötigt ein Wasserstoff-Fahrzeug, genauso wie ein Elektrofahrzeug, einen Akku. In diesem Akku wird die, von der Brennstoffzelle erzeugte Energie, der Strom, gespeichert. Die Brennstoffzelle wird benötigt um aus dem Wasserstoff, der im Tank des Fahrzeugs lagert, Energie herzustellen.

Eine Brennstoffzelle ist sehr träge. Das bedeutet, vom Druck auf das Gaspedal bis zur Beschleunigung des Fahrzeuges würden mehrere Sekunden vergehen. Deshalb wird ein Akku benötigt um die Energie sofort abzurufen.

Wasserstoff-Moleküle sind sehr klein. Sie können jegliches Material durchdringen. Wasserstoff in einem Stahltank gelagert würde dafür sorgen, dass der Stahl nach kurzer Zeit spröde wird und reißt. Bedeutet, die Tanks dieser wasserstofffahrzeuge müssen aus einem Verbund-Material hergestellt werden. Sie müssen von innen speziell beschichtet sein damit der Wasserstoff das Material nicht durchdringt.

Die Wasserstofftanks in Fahrzeugen sind ungefähr 5l groß. Mit diesen 5 Liter kommt ein Wasserstoff Fahrzeug 400 bis 500 km weit. Das ist eine sehr überzeugende Reichweite für so eine geringe Menge.

Die Tanks können aber nicht viel größer gebaut werden. Sie müssen unglaublich stabil und aufwendig konstruiert werden. Denn Wasserstoff muss mit 700 bar Druck befüllt werden.

Das führt zu einem weiteren sehr großen Problem. Was für die Tanks der Fahrzeuge gilt, gilt selbstverständlich auch für die derzeit vorhandenen Pipelines. Wasserstoff kann nicht durch diese Pipelines transportiert werden. Denn all das was für die Tanks gilt würde auch für die Pipelines gelten. Verbundmaterial, spezielle Beschichtung und Stabil genug um 700 Bar Druck auszuhalten.
Das heißt, Wasserstoff müsste mit Tankwagen zu den Tankstellen gebracht werden. Auch das ist kaum möglich. Dann kein Tank Auflieger hält 700 bar Druck stand. Zumindest nicht in der Größenordnung die wir benötigen würden um Wasserstoff in der breiten Masse kommerziell anzubieten.

Zum Glück gibt es eine Lösung und die wird heute praktiziert. Es ist möglich Wasserstoff in flüssiger Form zu liefern. Ähnlich wie das Gas in einem Feuerzeug. Aber das ist bei Wasserstoff sehr aufwendig. Wir benötigen eine Temperatur von -252 Grad.
Wenn wir uns mal vorstellen wie viel Energie ein Kühlschrank benötigt um unser Obst auf 8 Grad zu kühlen können wir uns vorstellen, wie viel Energie wir benötigen würden um ein Gas auf -252 Grad zu kühlen.

Auch hier gestaltet sich der Transport als schwierig. Wie soll eine 100 km lange Pipeline unter der Erde auf -252 Grad abkühlt werden, damit der Wasserstoff sich nicht verflüchtigt. Es ist nicht möglich. Also benötigen wir auch hier Tankwagen. Auch diese müssen auf -252 Grad gekühlt werden. Das bedeutet, die Tankwagen sind so stark isoliert, dass ein Großteil des Volumens des Tankwagens für die Isolierung drauf geht.

Wenn man diese Probleme erst einmal gelöst hat, man mit seinem Wasserstoff-Auto zur Tankstelle gefahren ist sollte eigentlich alles problemlos funktionieren. Der Tankvorgang von Wasserstoff geschieht sehr schnell. Er ist vergleichbar mit dem tanken von Benzin. Der Nachteil den wir vom reinen Elektroauto kennen, 30 bis 60 Minuten warten bis die Akku aufgeladen ist tritt beim Wasserstoff-Fahrzeug nicht auf.

Aber, wir haben ein weiteres Problem. Da der Wasserstoffe sehr kalt ist verreisen die Zapfhähne. Darüber nach gibt es sehr große Druckunterschiede. Derzeit ist es nicht möglich mehr als sechs Autos pro Stunde an einer Wasserstofftankstelle zu tanken. Da diese Zapfsäulen erst wieder enteisen und neuen Druck aufbauen müssen. So eine Zapfsäule kostet derzeit noch 1.000.000 Euro in der Installation. Aber das sind technische Probleme die man in Zukunft lösen können wird.

Das Hauptproblem, der hohe Druck und die Temperatur wird man auch in Zukunft nicht lösen. Denn es sind physikalische und keine technischen Probleme.

Solange diese Probleme nicht gelöst sind ist ein Wasserstoff Fahrzeug als personenkraftfahrzeug unrentabel. Ein einfaches Beispiel ist der Wirkungsgrad.
Bei einem reinen Elektroauto werden 75% der verwendeten Energie für den Vortrieb benutzt. Bei einem wasserstofffahrzeug sind das nur 25% bis 30%.

Merksatz: 1 Kilometer Fahrt in einem Wasserstoff Fahrzeug kostet dreimal so viel Energie wie 1km Fahrt in einem reinen Elektrofahrzeug.

Um das kurz anzusprechen, es wird heute auch sehr viel über die sogenannte e-fuels gesprochen. E-fuel ist (eine Art Benzin) Benzin welches aus Wasserstoff gewonnen wird. Diese e-fuels kann man in herkömmlichen Verbrennungsmotoren einsetzen. Vergesst das gleich wieder. Hier liegt der Wirkungsgrad bei unter 13%. Auf demselben Niveau wie Diesel.

Wirkungsgrad Energieträger
Reines Elektroauto: 75%
Wasserstofffahrzeug: 25%-30%
e-Fuel: -13%

Wer oder was nun Wasserstoff nutzen sollte, kann man sehr einfach ablesen.

© Gregor Hagedorn, Wolf-Peter Schill & Martin Kittel, based on Michael Liebreich/Liebreich Associates, Clean Hydrogen Ladder, Version 4.1, 2021. Concept credit: Adrian Hiel, Energy Cities. CC-BY 4.0

Selbstverständlich geht auch bei Wasserstoff die Forschung weiter. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle wird immer besser, bedeutet das Ansprechverhalten, und so kann man nach und nach die Akkugröße in den Wasserstoff Fahrzeugen reduzieren.

Die physikalischen Probleme und die damit verbundenen Kosten im Bereich der Infrastruktur werden sich auch in Zukunft nicht großartig ändern. Das wissen die Automobilhersteller. An Wasserstoff wird seit Jahrzehnten geforscht. Das größte Problem der Brennstoffzelle ist aber tatsächlich der Akku in Elektroautos. Diese werden immer besser. Sie werden immer günstiger. Es werden immer weniger Seltene-Erden benötigt.

Wir sind heute, im August 2021 schon an einem Punkt wo man mit 5 Minuten Ladezeit einen neuen Fiat 500 Elektro mit 50KM Reichweite betanken kann.
5 Minuten laden und der Weg zur Arbeit und zurück ist drin. Das ist der größte Feind der Wasserstofftechnologie. Denn bei der einen Elektrotechnologie benötigen wir technische Fortschritt und keinen physikalischen.

Zum Abschluss, Wasserstofftechnik wird sich, hoffentlich durchsetzen. Aber nicht im personenkraftverkehr. Wasserstofftechnik kann dort eingesetzt werden wo ein gleichbleibend hoher Energiebedarf benötigt wird. Z.b. in Stahlwerken, in der Schwerindustrie, in der Schifffahrt, wo sich Wasserstofftechnologie bei großen Containerschiffen durchaus lohnen kann.

Und ein Punkt, den ich in meinem anderen Artikel über Wasserstoff schon angesprochen habe und der seitdem deutlich ausgebaut wurde. In Privathaushalten. Warum soll nicht jeder ein kleines Wasserstoff-Kraftwerk zu Hause haben. Dort benötige ich keine Energie-Spitzen. Aber mein Rechner, mein Handy, mein Kühlschrank, mein Telefon, mein Fernseher, meine Lampen und so weiter kann durchaus mit Wasserstoff-Energie betrieben werden. In Japan wird dieses seit Jahren vom Staat gefördert. Dort gibt es Kaufprämien wenn man sich eine Brennstoffzelle für Zuhause kauft.

Das ist der richtige Weg für diese Technik. Aber nicht der Individualverkehr.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here