Tanken wie beim Benziner - aber umweltfreundlich wie ein Elektoauto

Wasserstoffautos: Sauber und selten

Wasserstoffautos fahren so geräuscharm und lokal emissionsfrei wie E-Autos, bieten mehr Reichweite und können schnell betankt werden. Sind sie die Autos der Zukunft?

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  • Veröffentlicht am 10/24/2019, 12:06 PM
Der Toyota Mirai ist als Serienfahrzeug mit Brennstoffzelle voll alltagstauglich. Landläufig fehlen aber Wasserstofftankstellen
Quelle: Peter Besser Der Toyota Mirai ist als Serienfahrzeug mit Brennstoffzelle voll alltagstauglich. Landläufig fehlen aber Wasserstofftankstellen

Die Autohersteller müssen an die Technik glauben, sie weiterentwickeln und bezahlbar machen. Außerdem benötigen wir mehr Wasserstofftankstellen und Autofahrer, die sich für den alternativen Antrieb begeistern können. Dann haben diese Autos Zukunft. Wir erklären Dir in diesem Ratgeber, wie ein Wasserstoffauto funktioniert, welche Modelle es am Markt gibt und zeigen Dir Vor- und Nachteile auf.



Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

Ein Fahrzeug lässt sich auf zwei verschiedene Arten mit Wasserstoff und Sauerstoff antreiben. Eine Variante ist der Wasserstoffverbrennungsmotor: Hier verbrennt Wasserstoff ähnlich wie beim Benzin- oder Dieselmotor in einem Zylinder. Wegen der vergleichsweise schlechten Energieeffizienz und Problemen beim Speichern des flüssigen Wasserstoffes, hat sich der Wasserstoffverbrennungsmotor bis heute nicht durchsetzen können.

Erfolgreicher ist dagegen die Variante mit einer Brennstoffzelle: Auf chemischen Weg gewinnt die Brennstoffzelle Energie. In der Brennstoffzelle treffen Wasserstoff (H2) und Sauerstoff an einer Elektrolytmembran aufeinander und reagieren zu Wasser. Dieser Prozess setzt Energie frei, die sich dann entweder in einer Batterie speichern lässt oder den Elektromotor antreibt. Wasserstoffautos sind also Elektrofahrzeuge – mit dem Unterschied, dass das Auto den Strom selbst produziert. Eine effiziente und saubere Art des Antriebs – mit der kontrollierten Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entstehen außer Strom lediglich Wärme und Wasser.

Hast Du einmal den Dreh raus, geht das Tanken von Wasserstoff so einfach wie bei herkömmlichen Kraftstoff.
Quelle: BMW Hast Du einmal den Dreh raus, geht das Tanken von Wasserstoff so einfach wie bei herkömmlichen Kraftstoff

Sind Brennstoffzellen Autos sicher?

Wer bei Wasserstoff und Sauerstoff an Knallgas denkt, hat Ahnung von Chemie. Tatsächlich ist ein Wasserstoff-Luft-Gemisch leicht entzündlich. Wasserstoff ist flüchtig, so dass die für eine Explosion erforderliche Konzentration praktisch nicht erreicht wird. Trotzdem gehen die Hersteller von Wasserstoffautos kein Risiko ein und machen die Tanks sicher wie Safes. Der Wasserstofftank des Toyota Mirai besteht aus einem laminierten Kohle-Glasfaser-Verbundstoff mit einem Kunststoffkern, der widerstandsfähig gegen Druck und Feuer ist.

Dass Wasserstoff entgegen vieler Vorurteile nicht explodiert, zeigte ein Test der Universität Miami. Dort hatten Wissenschaftler einem Wasserstofftank ein Leck zugefügt und das Fahrzeug in Brand gesteckt. Zwar entstand am Tank eine Stichflamme, diese verpuffte aber komplett nach oben und erlosch schnell. Der Großteil des Autos blieb bei dem Versuch unbeschadet.

In diesem rollenden Labor testet BMW seine "Hydrogen Fuel Cell" - die Wasserstoffzelle.
Quelle: BMW In diesem rollenden Labor testet BMW seine "Hydrogen Fuel Cell" - die Wasserstoffzelle. Es gab von BMW auch schon Wasserstoffversuche mit Verbrennungsmotoren.

Wie umweltfreundlich ist Fahren mit Wasserstoff?

Im Hinblick auf die Emissionen ist das Wasserstoffauto sauber: Aus seinem Auspuff entweicht reiner Wasserdampf. Allerdings kommt reiner Wasserstoff in der Natur nicht vor, sodass er aufwändig aus fossilen Energien wie Erdgas hergestellt wird. Die Antriebstechnik des Wasserstoffautos ist erst frei von klimaschädlichem Kohlendioxid, wenn der Wasserstoff mit erneuerbaren Energien erzeugt wird. wegen des Lagersn und Transports des Wasserstoffs sowie dem Tanken unter hohem Druck erhöht sich der Energieverbrauch des Autos.

Bei der Energieeffizienz sind die Werte nicht ideal: Während optimal geladene Batterien eines Elektroautos einen Wirkungsgrad von 90 Prozent erzielen, schaffen Brennstoffzellen etwa 50 Prozent. Wird der Wasserstoff künftig aus Ökostrom gewonnen, sinkt die Energieeffizienz nochmals weiter ab, weil noch mehr Energie für die Wasserstoffproduktion benötigt wird. Dann liegt sie nach Meinung von Experten noch bei rund 30 Prozent – das entspricht konventionellen Verbrennungsmotoren.

Im Gegensatz zu einem Elektroauto leidet die Ökobilanz des Wasserstoffautos nicht unter den Problemen, die der reine Batteriebetrieb (noch) bereitet. Die Produktion von Batterien für Elektroautos ist CO2-intensiv und es werden seltene sowie schwer abbaubare Rohstoffe wie Lithium oder Kobalt verbaut.

Es gibt nicht viele Wasserstofftankstellen in Deutschland. BMW tankt deshalb für seine Testfahrten von einem Tanklastzug
Quelle: BMW Es gibt nicht viele Wasserstofftankstellen in Deutschland. BMW tankt deshalb für seine Testfahrten von einem Tanklastzug

Vor- und Nachteile von Wasserstoffautos

Ein Wasserstoffauto hat viele Vorteile. Es fährt geräuscharm und lokal emissionsfrei wie ein Elektroauto und hat dabei eine vergleichbare Reichweite wie Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Brennstoffzellen Autos müssen nicht stundenlang an die Steckdose, das Betanken mit Wasserstoff dauert nur wenige Minuten.

Wasserstoffautos haben aber auch ein paar Nachteile. Zum einen sind sie wegen ihrer aufwändigen Technologie teuer. Knapp 80.000 Euro kostet der Toyota Mirai, der Hyundai Nexo mit rund 70.000 Euro ist etwas günstiger. Den Brennstoffzellen-Plug-in-Hybrid Mercedes GLC F-Cell können ein paar ausgewählte Kunden fahren, dafür werden monatlich 799 Euro fällig.

Neben den hohen Anschaffungskosten bereitet vor allem das Thema Tanken Probleme - wegen des schlecht ausgebauten Tankstellennetzes. An etwas mehr als 100 Wasserstofftankstellen in Deutschland lassen sich die Brennstoffzellen-Autos tanken. Zum Vergleich: Benzin und Diesel gibt es  bundesweit an über 14.000 Tankstellen. Hersteller und Zulieferer investieren zwar in den Ausbau des Wasserstoff-Tankstellennetzes – die Clean Energy Partnership (CEP) plant bis 2023 an 400 Orten Wasserstoff Tankstellen – doch ein flächendeckendes Netz sieht anders aus.

Welche Modelle sind auf dem Markt?

Wasserstoffautos fristen hierzulande ein Nischendasein – zu gering ist die Auswahl. Der Toyota Mirai und der Hyundai Nexo sind aktuell die beiden einzigen kaufbaren Elektroautos, die ihren Strom ausschließlich aus einer Brennstoffzelle beziehen. Eine Besonderheit ist der Mercedes GLC F-Cell, der neben einer Brennstoffzelle einen aufladbaren Akku besitzt. Mercedes ist der einzige Hersteller, der ein Brennstoffzellen-Fahrzeug als Plug-in-Hybrid auslegt. Die Idee dahinter: Autofahrer bekommen die Sicherheit, nicht liegen zu bleiben, wenn die nächste Wasserstofftankstelle nicht rechtzeitig erreicht wird. Nachteil: Mercedes verkauft sein Modell nicht, sondern vermietet ein paar hundert Autos an ausgewählte Kunden, um mehr Daten aus dem Alltag zu erhalten.

Autos mit Wasserstoffantrieb: Technische Daten

Toyota Mirai
Antrieb: Elektromotor, Brennstoffzelle, 114 kW/155 PS, 335 Nm ab 1 U/min
Fahrleistung: 9,6 s auf 100 km/h, 178 km/h Spitze
Verbrauch / CO2-Ausstoß ADAC EcoTest: 1,0 kg Wasserstoff/100 km , 121 g CO2/km (well-to-wheel)*
Reichweite: 480 km*
Maße: L 4890 / B 1820 / H 1540 mm
Kofferraum: 361 l
Leergewicht / Zuladung: 1850 kg / 320 kg
Preis: 78.600 €

Hyundai Nexo
Antrieb: Elektromotor, 440 Brennstoffzellen und Hochvoltbatterie, 120 kW/163 PS, Drehmoment: 395 Nm
Fahrleistungen: 9,2 s auf 100 km/h, 177 km/h Spitze
Verbrauch / CO2-Ausstoß ADAC EcoTest: 1,2 kg Wasserstoff/100 km , 137 g CO2/km (well-to-wheel)*
Reichweite: 540 km*
Maße: L 4670 / B 1860 / H 1630 mm
Leergewicht / Zuladung 1889 kg / 495 kg
Preis: 69.000 €

Mercedes GLC F-Cell
Antrieb/Akku: Brennstoffzellen-Antrieb (PEM) mit Elektromotor, 155 kW/211 PS, 365 Nm ab 1 U/min. Akku brutto/netto 13,5/9,3 kWh
Fahrleistungen: 0-100 km/h: k.A., Spitze 160 km/h (abgeregelt)
H2-Verbrauch F-Cell-/Hybrid-Modus: ca. 1 kg/0,34 kg H2 auf 100 km
Reichweite H2 / Akku: 430 km / 51 km
Maße: L 4670 / B 2100 / H 1650 mm
Kofferraum: 500–1600 l
Leergewicht: 2130 kg
Preis (Fullservice-Miete): 799 €/Monat, H2-Tankkosten sind nicht enthalten

* ADAC Testwerte, Stand: 10/2018