Wasserstoff-Fahrzeuge: Endlich vor dem Durchbruch?

Jules Verne beschrieb in seinem Roman „Die geheimnisvolle Insel“ bereits 1874 „Wasser als Brennstoff der Zukunft“. Die Bemühungen um wasserstoffbetriebene Fahrzeuge weckten seither jedoch eher Assoziationen mit Samuel Becketts „Warten auf Godot“. In den letzten Jahren liefen ihnen zudem Batteriefahrzeuge den Rang ab. Wasserstoffantriebe könnten dennoch das zentrale Element künftiger E-Mobilität bilden, möglicherweise auch in Koexistenz mit dem Batterieantrieb, erklärt Stephan Meier, Investment Writer bei der Raiffeisen KAG.

Wasserstoff ist energiereich, faktisch unbegrenzt verfügbar und als Verbrennungsprodukt fällt im Grunde nur Wasser an. Trotz dieser positiven Voraussetzungen gibt es bislang nur sehr wenige wasserstoffbetriebene Fahrzeuge, vor allem aufgrund technologischer Hürden und mangelnder Wirtschaftlichkeit. In einigen Bereichen ändert sich das aber zusehends.

Wasserstoff ist im Universum zwar das häufigste Element, in freier Form auf der Erde aber kaum verfügbar. Er wird heutzutage vorrangig aus Erdgas extrahiert, zum Teil auch aus Erdöl oder Biomasse. Dabei wird mit den Standardverfahren jedoch ähnlich viel CO2 freigesetzt wie beim Verbrennen von Öl und Gas. Nur sehr wenig Wasserstoff wird derzeit durch das Aufspalten von Wasser (Elektrolyse) erzeugt. Dieses Gewinnungsverfahren macht den eigentlichen grünen Reiz einer Wasserstoffwirtschaft aus, benötigt aber viel Elektroenergie. Wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist es nur, wenn dafür Strom aus erneuerbaren Energiequellen eingesetzt wird, vorzugsweise solcher, der ohnehin gerade nicht anderweitig verwendbar ist.

Dieser könnte in Form von Wasserstoff zugleich kostengünstig gespeichert werden. Damit ließe sich auch ein ganz zentrales Problem beim Ausbau erneuerbarer Energien lösen. Denn nur mit Speichermöglichkeiten, für die bei Wind und Solar zeitweise anfallenden Stromüberschüsse, ist der Ausbau dieser Energiegewinnung wirklich sinnvoll. Pumpspeicherwerke oder Batterien werden dafür bei weitem nicht ausreichen. Erneuerbare Energiegewinnung und den Transportsektor koppeln zu können, ist ein Hauptargument für den Wasserstoff. Laut einer deutschen Studie aus dem Jahr 2017 könnte allein die Überschussleistung der bis 2050 geplanten Wind- und Solarkapazitäten den gesamten deutschen Straßenverkehr mit Wasserstoff versorgen. Im Fahrzeugbereich ließe sich Wasserstoff ganz konventionell in einem Ottomotor verbrennen.

WASSERSTOFF: THEMA FÜR GROSSFAHRZEUGE IM DAUERBETRIEB – WENIGER FÜR PKWS

Die Fahrzeughersteller konzentrieren sich aber eher auf den Elektroantrieb mit Hilfe einer Brennstoffzelle. Die Gesamtkosten für Anschaffung und Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs (Fuel Cell Electric Vehicle, kurz: FCEV) liegen dabei noch weit über denjenigen von Batterie- oder Verbrennungsfahrzeugen und die Energiebilanz für den Gesamtprozess (Strom zu Strom) ist sehr dürftig. Inklusive Herstellen, Speichern und anschließendem Rückverstromen von Wasserstoff beträgt der Wirkungsgrad derzeit weniger als 50 %. Batterien sind da weit effizienter. Doch ihre Herstellung verschlingt oft enorme Ressourcen, sie sind schwer, groß und nur begrenzt verfügbar. Für Schwerlastanwendungen mit großen Reichweiten und Dauerbetrieb (LKWs, Busse, Schiffe, Züge) sind Batterieantriebe kaum geeignet. Hier werden weltweit in wachsendem Maße Brennstoffzellen eingesetzt, zumal die benötigten Wasserstofftanks sich dort besser unterbringen lassen und die erforderliche Infrastruktur überschaubarer ist. Bei PKWs hingegen bleiben Batterien wohl auf absehbare Zeit das Mittel der Wahl für E-Mobilität.

ZAHLREICHE HERAUSFORDERUNGEN

Bislang muss Wasserstoff für Lagerung, Transport und Bereitstellung stark komprimiert oder verflüssigt werden. Das kostet abermals Energie, erfordert teure Betankungsanlagen und birgt Sicherheitsrisiken. Einen Ausweg bieten möglicherweise neue Metallhydrid- und LOHC-Technologien. Flüssige organische Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carriers, kurz: LOHC) können durch chemische Reaktion Wasserstoff aufnehmen und wieder abgeben. In LOHC gespeicherter Wasserstoff ist völlig ungefährlich und für den Transport lässt sich die bereits vorhandene Infrastruktur nutzen, etwa Pipelines oder Tanklaster. Der Trägerstoff LOHC ist dabei hunderte Male verwendbar. Vor allem für stationäre Speicherung und für Großfahrzeuge wie Busse, Schiffe oder Züge könnte er deutliche Vorteile bieten und bei großen Speichermengen sehr viel günstiger sein als Batterien. Für PKWs ist das LOHC-Konzept auf absehbare Zeit nicht umsetzbar.

Mit sehr viel höheren Stückzahlen ließen sich die Kosten für Herstellung und Betrieb von FCEV und die nötige Infrastruktur deutlich senken, doch verhindern die hohen Preise bislang eine entsprechende Nachfrage. Genau diese Kostendegression gibt es derzeit bei batteriebetriebenen Elektroautos (Battery ElectricVehicle, kurz: BEV). Deshalb und aufgrund des hohen regulatorischen Drucks zur CO2-Reduktion forcieren fast alle Automobilhersteller gegenwärtig die Batterietechnologie. Zwar verfolgen sie den Wasserstoffantrieb meist trotzdem weiter. Das Risiko besteht jedoch, dass gerade die europäischen Autokonzerne sich zu sehr auf den Batterieantrieb fixieren und Alternativen wie Wasserstoff zu wenig beachten. China dagegen betrachtet Wasserstoff und die Brennstoffzelle offenbar als essenzielle Zukunftstechnologien, potenziell sogar noch vor Batteriefahrzeugen. Mittels hoher Subventionen und Investitionen sollen auch hier die notwendige kritische Masse und die globale Technologieführerschaft erreicht werden.

Eine Studie des Forschungszentrums Jülich sieht in etwa vergleichbar große Kosten für Aufbau und Betrieb einer BEV-respektive FCEV-Infrastruktur. Sie empfiehlt eine intelligente Kombination beider Konzepte, statt eines Entweder-oders, um die jeweiligen Stärken beider Technologien auf verschiedenen Anwendungsfeldern zu verbinden.


Diesen Beitrag finden Sie mit Grafiken sowie weiteren Informationen in der jüngsten Ausgabe des Nachhaltigkeitsletters „nachhaltig investieren“ der Raiffeisen KAG. Die vollständige Ausgabe zum Thema „Elektromobilität“ finden Sie links als PDF.