Synthetische Kraftstoffe als Brücke: Wasserstoff
Wasserstoffautos galten lange als Exoten. Doch neue Entwicklungen und politische Initiativen deuten auf ein Wiedererstarken der Brennstoffzelle im PKW hin.
Die Notwendigkeit, den Verkehrssektor zu dekarbonisieren, ist angesichts der globalen Klimaziele unbestritten. In diesem Kontext hat sich die batterieelektrische Mobilität (Battery Electric Vehicles, BEVs) in den letzten Jahren als eine Säule für die Transformation des Individualverkehrs etabliert.
Parallel dazu wird Wasserstoff, speziell sogenannter grüner Wasserstoff, als weiterer potenzieller emissionsfreier Energieträger für Fahrzeuge diskutiert.
Wasserstofffahrzeuge, vor allem solche mit Brennstoffzellen (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEVs), versprechen charakteristische Vorteile wie hohe Reichweiten und kurze Betankungszeiten. So ähneln sie in der alltäglichen Nutzung konventionellen Verbrennungsfahrzeugen.
Antriebstechnologie – Brennstoffzelle
Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) erzeugen elektrischen Strom durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff in einem Brennstoffzellenstapel. Dabei entstehen lediglich Wärme und Wasser. Der erzeugte Strom treibt einen Elektromotor an.
Die wichtigsten Komponenten sind der Brennstoffzellenstapel, Hochdruck-Wasserstofftanks (meist 700 bar), ein Elektromotor, eine kleine Pufferbatterie und Leistungselektronik.
Die in Autos vorherrschende Technologie ist die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC). In ihr wird Wasserstoff an der Anode in Protonen und Elektronen gespalten. Die Protonen wandern durch eine Membran zur Kathode, während die Elektronen über einen externen Kreislauf fliessen und so Strom erzeugen.
An der Kathode reagieren Protonen und Elektronen mit Sauerstoff zu Wasser. PEMFCs arbeiten bei niedrigen Temperaturen.
Antriebstechnologie – Wasserstoffverbrennungsmotoren
Der H2-ICE ist ein modifizierter Verbrennungsmotor, der Wasserstoff anstelle von herkömmlichen Kraftstoffen verbrennt. Wasserstoff verbrennt sehr schnell, was hohe Wirkungsgrade ermöglicht, aber auch zu höheren Belastungen und NOx-Emissionen führen kann, die durch magere Gemische reduziert werden können.
Hauptprodukt der Verbrennung ist Wasserdampf, geringe Mengen anderer Emissionen können aus dem Schmieröl stammen. Herausforderungen sind die schlechten Schmiereigenschaften von Wasserstoff.
Vorteilhaft ist der geringere Bedarf an kritischen Rohstoffen im Vergleich zu Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Der Wirkungsgrad des H2-ICE liegt zwischen Otto- und Dieselmotoren, aber deutlich unter dem von Brennstoffzellen. Der Gesamtwirkungsgrad (Well-to-Wheel) ist aufgrund von Produktionsverlusten geringer als bei FCEVs und BEVs.
Aktuelle Wasserstofffahrzeug-Landschaft
Der Markt für Wasserstoff-Pkw ist aktuell sehr begrenzt. Aktuell sind in Europa hauptsächlich der Toyota Mirai (obere Mittelklasse, 134 kW, bis zu 650 km Reichweite, ab ca. 63.900 €) und der Hyundai Nexo (SUV, 120 kW, 666 km Reichweite, ab über 77.000 €) erhältlich.
Der Mercedes-Benz GLC F-Cell wurde eingestellt, und der BMW iX5 Hydrogen dient als nicht käufliche Pilotflotte (295 kW, 504 km Reichweite). Eine zweite Generation des Hyundai Nexo mit Verbesserungen wird für 2025 erwartet, während BMW eine Serienproduktion des iX5 Hydrogen später im Jahrzehnt in Betracht zieht.
Beide erhältlichen Modelle erhielten fünf Sterne im Euro NCAP Test. Kritisiert werden beim Mirai aber der kleine Kofferraum und die beengten Platzverhältnisse im Fond.
