Die Mobilitätswende ist im vollen Gange. Tagtäglich steigt die Zahl der Elektroautos auf deutschen Straßen. Wasserstoffautos sucht man in der Regel vergebens. Warum das so ist, und ob das Rennen um den Antrieb der Zukunft bereits entschieden ist, das erfährst du in unserem Blogbeitrag über Wasserstoffautos.
Die Mobilitätswende in Deutschland ist eng mit einer Elektrifizierung verbunden. Nicht zuletzt durch massive Förderungen des Gesetzgebers kommt batteriebetriebenen Elektroautos eine zentrale Rolle zu. Doch halt: War da nicht noch etwas? Richtig. Auch wenn Elektroautos mit Batterie den Markt der klimafreundlichen Fahrzeuge derzeit dominieren, sollten Autos, die mit Wasserstoff angetrieben werden, nicht gänzlich abgeschrieben werden.
Autos mit Brennstoffzelle
Zwar sind in Deutschland lediglich knapp 1.300 Autos mit Brennstoffzelle zugelassen, doch entschieden ist die Frage, ob sich Autos mit Wasserstoff als Energiequelle oder batteriebetriebene Fahrzeuge durchsetzen, dadurch noch lange nicht. Viele Bereiche der Mobilität warten noch auf eine technologische Lösung. So können batterieelektrische Ansätze immer noch keine befriedigenden Antworten auf die Herausforderungen des Schwerlastverkehrs geben. Gleiches gilt für Baumaschinen, Traktoren oder den weiten Bereich des Flugverkehrs. Nicht wenige Experten sehen realistische Anwendungsmöglichkeiten für Fahrzeuge mit Brennstoffzelle. Auch für „normale“ Pkw's bietet Wasserstoff eine ganze Reihe an Vorteilen. Auch wenn es derzeit nicht den Anschein macht: Welche Technologie sich letztlich durchsetzt, das ist längst nicht entschieden.
Dazu sind die Anforderungen an individuelle Mobilität zu unterschiedlich. Hinsichtlich ihrer Alltagstauglichkeit sind klassische Verbrennungsmotoren immer noch der Benchmark. Für diejenigen, die sich auf ein klimafreundliches Auto einlassen, ist beispielsweise die Reichweite von entscheidender Bedeutung. Fahrer von E-Autos und Nutzer von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle – sogenannte Wasserstoffautos – stellen regelmäßig die gleichen Fragen:
- Wie weit reicht eine Tankfüllung bei meinem Wasserstoffauto?
- Wie weit komme ich mit einer Batterieladung mit meinem Elektrofahrzeug?
Fragen, wie diese legen den Finger in die Wunde der batteriebetriebenen E-Autos. Die Reichweiten steigen zwar mit jeder neuen Fahrzeug-Generation, dennoch sind sie noch weit entfernt vom Verbrenner-Benchmark. Fest steht: Sofern die Gesetzgeber in Deutschland und Europa technologieoffene Lösungen bei der klimafreundlichen Umgestaltung der Mobilität zulassen, entscheiden ausschließlich die Kunden mit ihrem Verhalten, ob das Wasserstoffauto nicht doch noch zu einer Erfolgsgeschichte wird.
Wasserstoffantrieb beim Auto
So viel ist klar: Die Zukunft der Mobilität ist auf jeden Fall elektrisch. Beide Fahrzeug-Technologien – das batteriebetriebene Elektrofahrzeug und Autos mit Wasserstoffantrieb – sind Elektroautos.
Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?
Ein Blick auf ein Wasserstoffauto verdeutlicht, wie ein Pkw mit Wasserstoffantrieb funktioniert. Herzstück des Wasserstoffautos ist die Brennstoffzelle. Diese ist nichts anderes als ein Energiewandler, der gasförmigen Wasserstoff (das klimafreundliche Pendant zu Diesel und Benzin) durch eine chemische Reaktion in elektrischen Strom umwandelt. Der so erzeugte Strom wiederum treibt einen Elektromotor und damit das gesamte Wasserstoffauto an. Die Erläuterung des Antriebsprinzips verdeutlicht, dass ein Auto mit Brennstoffzelle ein „echtes“ Elektrofahrzeug ist.
Der Wasserstoff wird unter Druck in einem Tank aufbewahrt. Treibstoff ist also gasförmiger Wasserstoff. Die Umwandlung des gasförmigen Wasserstoffs in der Brennstoffzelle bezeichnet man auch als „kalte Verbrennung“. In der Brennstoffzelle wird die im Wasserstoff gespeicherte Energie in Strom umgewandelt und dem Elektromotor zur Verfügung gestellt. Eine Energiezufuhr von außen ist für diesen Prozess nicht erforderlich. Als „Abgas“ fällt herkömmlicher Wasserdampf an. Bei der „kalten Verbrennung“ entstehen keinerlei Stickoxide oder andere unerwünschte Produkte. Vielfach wird die beim Bremsen freigesetzte Energie in einem kleinen Akku gespeichert und für Komfortfunktionen wie der Klimatisierung des Wasserstoffautos genutzt.
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Wasserstoffantrieb mittels Brennstoffzelle
Der Wasserstoff-Tank liefert den Wasserstoff zur Brennstoffzelle. In dieser Brennstoffzelle wird aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom produziert, welcher den Elektromotor antreibt, der das Auto voranbringt. -
Energiegewinnung beim Bremsen
Beim Bremsen wird der Elektromotor zum Generator, der Strom erzeugt, der in einen Akku fließt.
Das erste Wasserstoffauto
Wer denkt, Wasserstoff-Fahrzeuge seien der neueste Schrei, der liegt falsch. Schon vor mehr als 200 Jahre baute François Isaac de Rivaz ein Wasserstoff-betriebenes Fahrzeug. 1807 erhielt Rivaz das Patent für einen Verbrennungsmotor, der mit einem zündfähigen Gemisch aus Steinkohlegas, Wasserstoff und Luft funktionierte.
Im Jahr 1813 experimentierte Rivaz mit einem Wagen, der von diesem Explosionsmotor angetrieben wurde. Dieser erreichte 25 Zündungen hintereinander, die einzeln von Hand ausgelöst werden mussten. Der Versuch gelang: Das erste Wasserstoff-Fahrzeug erreichte eine Geschwindigkeit von drei Kilometer in der Stunde, legte 26 Meter zurück und beförderte eine Last von rund 700 Kilogramm. Was heute wenig beeindruckend klingt, geht in die Geschichte der Technik als erste Fahrt eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor ein. Im Grunde ist es sehr verwunderlich, dann der Name Rivaz heute nicht in einem Atemzug mit Karl Benz, Gottlieb Daimler oder Wilhelm Maybach genannt wird. Der Grund dafür liegt daran, dass der Kölner Erfinder Niklas August Otto Jahre später den Ottomotor erfand und zur Serienreife entwickelte. Benzin und später auch Diesel waren fortan als Treibstoffe gesetzt.
Reichweite und Verbrauch von Wasserstoffautos
Festzuhalten bleibt aber: Das Wasserstoffauto funktionierte schon seinerzeit. Die Reichweite von 26 Metern des ersten Fahrversuchs sind heute eine nette Anekdote. Tatsächlich zählt die Reichweite moderner Wasserstoffautos zu den wichtigsten Argumenten dieser technologischen Lösung. Heute gibt es Fahrzeuge mit denen Reichweiten von rund 700 Kilometern, ohne nachzutanken möglich sind.
Der Verbrauch eines Wasserstoffautos pro 100 Kilometer hängt von vielen Faktoren ab. Die Fachzeitschrift auto motor sport beziffert den Verbrauch eines Mercedes GLC F-Cell auf etwa ein Kilogramm pro 100 Kilometern Fahrleistung. Die Kosten eines Kilos Wasserstoffs betragen zurzeit etwa 9,50 Euro. Damit sind die Kosten der Wasserstoff-Mobilität vergleichbar mit den Kosten heutiger Verbrenner-Fahrzeuge.
Wirkungsgrad und Effizienz von Wasserstoffautos
Die Betrachtung der Parameter Wirkungsgrad und Effizienz eines Wasserstoffautos hängen stark von der Perspektive ab. Betrachtet man das Fahrzeug (Tank-to-Wheel) allein, dann ergibt sich beim Wirkungsgrad das folgende Bild:
| Antriebsart | Wirkungsgrad |
|---|---|
| Batterieelektrischer Antrieb | 90 Prozent |
| Antrieb mit Wasserstoff | 65 Prozent |
| Klassischer Verbrennungsmotor (Diesel) | 43 Prozent |
| Klassischer Verbrennungsmotor (Benzin) | 40 Prozent |
Werden zur Beurteilung des Wirkungsgrads und der Effizienz die Parameter Energiebereitstellung (Well-to-Tank) und Fahrzeugwirkungsgrad (Tank-to-Wheel) mit einbezogen, dann verändert sich das Bild. Diese sogenannte Well-to-Wheel-Betrachtung ergibt:
| Antriebsart | Wirkungsgrad |
|---|---|
| Batterieelektrischer Antrieb | 65 Prozent |
| Antrieb mit Wasserstoff | 32 Prozent |
| Klassischer Verbrennungsmotor (Diesel) | 25 Prozent |
| Klassischer Verbrennungsmotor (Benzin) | 22 Prozent |
Daraus folgt: Batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge sind besonders effizient – solange regenerativ erzeugter Strom für das Laden der Batterie verwendet wird. Verluste treten vorwiegend beim Schnellladen auf. Wasserstoffautos benötigen viel Energie. Ihr Wirkungsgrad liegt aber höher als bei klassischen Verbrennungsfahrzeugen. Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff zu Strom. Systembedingt kann dieser Vorgang nicht so effizient sein, wie eine Batterie, die als reiner Energiespeicher fungiert. Allerdings: Brennstoffzellen erzeugen Abwärme, die für Komfortfunktionen des Fahrzeugs genutzt werden kann.
Dennoch hat Wasserstoff ein wichtiges Alleinstellungsmerkmal: Er ist ein transportabler Energiespeicher und ist unter diesem Gesichtspunkt unschlagbar. Vielseitig verwendbar. Flexibel einsetzbar. Und kostengünstig. Dieser Punkt kann bei der Energiewende noch wichtig werden, denn: Sollte es nicht gelingen, ausreichend grünen Strom für alle Bereiche der Gesellschaft zu erzeugen, dann wird Wasserstoff zu einem wichtigen Faktor. Als Energieträger für Autos und andere energiehungrige Anwendungen.
Wasserstoff tanken
Wasserstoff zu tanken ist schnell erledigt – ganz so wie es von der Betankung klassischer Verbrennungsfahrzeuge bekannt ist. In wenigen Minuten ist ein Wasserstoffauto vollgetankt. Der einfache und unkomplizierte Tankvorgang macht Wasserstoffautos langstreckentauglich. Hinzu kommt ein Gewichtsvorteil: Im Vergleich zu den durchschnittlich 650 Kilogramm schweren Batterien der E-Fahrzeuge wiegt ein Wasserstofftank nur rund 125 Kilogramm.
Ein Wasserstoffauto kaufen
Auch wenn die deutschen Fahrzeughersteller sich lange Zeit intensiv mit der Brennstoffzellen-Technologie beschäftigt haben: Heute findet man die Vorreiter der Technologie in Fernost. Die Tankstelleninfrastruktur in Deutschland ist vergleichsweise gut. 100 der europaweit rund 200 Wasserstoff-Tankstellen befinden sich hierzulande.
Hersteller von Wasserstoffautos
Bei den deutschen Herstellern hat die Brennstoffzelle einen schweren Stand. Zurzeit bieten die einheimischen Hersteller kein Wasserstoff-Modell zum Kauf an. Fehlanzeige auch bei Tesla: Elon Musk, der E-Auto-Pionier, findet Wasserstoff „echt nervig“ und glaubt auch an batterieelektrischen Schwerlastverkehr.
BMW ist vom Siegeszug batteriegetriebener Fahrzeuge überzeugt. Zwar will der bayerische Autobauer mit dem BMW iHydrogen Next im kommenden Jahr einen X5 mit Brennstoffzelle präsentieren. Allerdings wird das bestenfalls als Kleinserie für Demonstrations- und Erprobungszwecke erfolgen.
Ähnlich ist die Lage bei Mercedes-Benz: Erst kürzlich hat der schwäbische Hersteller sein Modell Mercedes GLC F-Cell mit Brennstoffzellen-Technik vom Markt genommen. Als Kleinserie war das Wasserstoffauto ohnehin nur im Leasing-Paket erhältlich. Den Zukunftsmarkt für den Energieträger Wasserstoff sehen die Stuttgarter dagegen bei Bussen und Lkw.
Der Volkswagen-Konzern setzte als erster deutscher Hersteller ganz auf batterieelektrische Mobilität. Zwar präsentiert die Tochter Audi mit dem h-tron quattro die sportliche Studie eines Wasserstoffautos, doch auch die Ingolstädter verfolgen keine echte Wasserstoff-Strategie. Gleiches gilt für Skoda und die anderen Marken des Konzerns.
Wasserstoffautos von Toyota
Toyota, 2020 wiederum der größte Autohersteller der Welt, verfolgt eine echte Wasserstoff-Strategie. Batterieelektrische Fahrzeuge und Wasserstoffautos führen ein friedliches Nebeneinander bei den klimafreundlichen Antrieben. Auf dem deutschen Markt bietet Toyota mit der Limousine Mirai ein echtes Wasserstoffauto an. Die Reichweite beträgt bis zu 650 Kilometer. Erhältlich ist das Toyota-Wasserstoffauto ab 63.900 Euro.
Wasserstoffautos von Hyundai
Der Hersteller Hyundai glaubt ebenfalls an den Erfolg von Wasserstoffautos. Mit dem Modell Nexo bieten die Südkoreaner auf dem deutschen Markt ein eigenes Wasserstoffauto an. Die Reichweite des SUV (Sport Utility Wagon) beträgt bis zu 750 Kilometer. Erhältlich ist das Wasserstoffauto ab einem Preis von 77.290 Euro.
Wasserstoffautos von Opel und Tesla
Unter französischer Leitung will Opel noch im Jahr 2021 ein eigenes Wasserstoffauto auf den Markt bringen. Chancen sehen die Rüsselsheimer im Bereich leichter Nutzfahrzeuge. Der Vivaro-e Hydrogen basiert auf dem batterieelektrischen Vivaro-e und wird in einer Kleinserie angeboten
Das Wasserstoffauto des DLR
Auf der IAA Mobility 2021 sorgte das Wasserstoffauto des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) für Aufmerksamkeit. Mit dem SLRV (Safe and Light Regional Vehicle) stellten die Forscher eine Studie vor, die sparsam und sicher sein soll. Das nur rund 500 Kilogramm schwere Wasserstoffauto des DLR wird zwar noch nicht in Serie gebaut, könnte aber für rund 15.000 Euro produziert werden.
Vorteile und Nachteile von Wasserstoffautos
Größter Nachteil des Wasserstoffautos ist sicherlich schlechtere Wirkungsgrad im Vergleich zu batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen. Dieser lässt sich wohl auch nicht verändern. Vor diesem Hintergrund ist auch die fehlende Modellvielfalt der Wasserstoffautos zu betrachten. Die meisten Hersteller haben sich auf eine Technologie festgelegt und sich für die batterieelektrische Lösung entschieden.
Die Vorteile der Wasserstofftechnologie sind allerdings erwähnenswert. Immerhin macht es Wasserstoff möglich, Energie zu speichern und vergleichsweise einfach zu transportieren. Ein nicht unerheblicher Faktor, denn: Angesichts der Herausforderung, grünen Strom in ausreichender Menge in dichtbesiedelte Regionen zu transportieren, um Elektrofahrzeuge zu laden, ist dieses Argument nicht zu unterschätzen. Alleine die dazu erforderliche Infrastruktur ist ein gewaltiges Vorhaben. Hinzu kommt der schnelle und unkomplizierte Tankvorgang. Ein Wasserstoffauto ist in knapp vier Minuten aufgeladen. Lange Ladezeiten und damit verbundene Zwangspausen sind nicht erforderlich.
Sind Wasserstoffautos gefährlich?
Ein Mythos, der sich hartnäckig hält. Mit der Realität hat dies nichts zu tun. Wasserstoff ist 14 mal leichter als Luft und verflüchtigt sich schnell. Das aus dem Chemieunterricht bekannte explosive Knallgasgemisch kann im Grunde gar nicht entstehen – auch dann nicht, wenn Wasserstoff aus dem Tank entweichen würde. Für die Praxis bedeutet das: Wasserstoff ist nicht gefährlicher als die klassischen Treibstoffe Benzin und Diesel. Eine besondere Explosionsgefahr ist nicht gegeben.
Sind Wasserstoffautos die Zukunft?
Welche Technologie sich durchsetzen wird, oder ob möglicherweise beide Technologien nebeneinander existieren – das ist längst nicht entschieden. Wenn es nach den Big Playern der Branche wie VW, BMW, Mercedes-Benz oder Audi geht, dann wird die mobile Zukunft batterieelektrisch. Für den größten Autohersteller Toyota sind Wasserstoffautos noch Teil der Mobilitätswende – auch vor dem Hintergrund, dass Japan eine klare Wasserstoff-Strategie verfolgt.
Schaffen Wasserstoffautos den Durchbruch?
Entscheidend für die Beantwortung der Frage, ob Wasserstoffautos der Durchbruch gelingt, ist aller Wahrscheinlichkeit nach nicht die Qualität oder die Leistungsfähigkeit der Fahrzeuge selbst. Vielmehr könnte die Infrastruktur ein begrenzender Faktor für die Verbreitung der batterieelektrischen Technologien sein. Noch ist der Ladevorgang kein Problem. Dazu gibt es einfach noch zu wenige batterielektrische Fahrzeuge. Steigt die Zahl, dann wächst die Nachfrage nach Ladepunkten. Entsprechend leistungsfähige Netze sind die Voraussetzung, um diese Nachfrage überhaupt decken zu können. Hinzu kommt die Notwendigkeit, den Ladestrom grün zu produzieren. Ob dies in ausreichender Menge für den Bereich Mobilität gelingt? Die Zukunft wird es zeigen. Kommt es hier allerdings zu Beeinträchtigungen oder Versorgungsunsicherheiten, dann könnte die Stunde des Wasserstoffautos doch noch schlagen.
E-Auto oder Wasserstoffauto?
Zurzeit spricht alles für das E-Auto. Hohe Preise und das karge Modellangebot machen den Kauf eines Wasserstoffautos zusätzlich unattraktiv.
Förderung, KFZ-Steuer und Dienstwagenbesteuerung für Wasserstoffautos
Mit dem Umweltbonus fördert die Bundesregierung den Absatz von Elektrofahrzeugen. Da sich die Förderung auf Kauf, Finanzierung oder Leasing der Fahrzeuge mit einem Listenpreis von maximal 60.000 Euro bezieht, werden derzeit keine Wasserstoffautos gefördert, weil die beiden am Markt verfügbaren Fahrzeuge teurer sind.
Hinsichtlich der Kfz-Steuer profitieren die Fahrzeughalter von Wasserstoffautos durch eine Befreiung. Bei erstmaliger Zulassung bis zum 31.12.2020 betrug die Steuerbefreiung zehn Jahre. Anschließend werden 50 Prozent der eigentlichen Steuer fällig.
Die höheren Anschaffungskosten eines Wasserstoffautos versüßt eine attraktive Dienstwagenbesteuerung. Für die Besteuerung von Wasserstoffautos, die auch privat genutzt werden, gilt die 0,5-Prozent-Regel. Das bedeutet: Dienstwagenfahrer müssen statt einem Prozent nur 0,5 Prozent des Bruttolistenpreises monatlich versteuern.
Zusammenfassung
Die Brennstoff-Technologie macht Wasserstoffautos zu einer interessanten Alternative für klimafreundliche Mobilität. Langstreckentauglichkeit sowie schnelles und unkompliziertes Tanken zählen zu den wesentlichen Vorteilen der Technologie. Dass Wasserstoffautos zurzeit keine Rolle bei der Mobilitätswende spielen, liegt am vergleichsweisen schlechten Wirkungsgrad der Brennstoffzelle. Vor diesem Hintergrund haben sich bis auf Toyota und Hyundai alle namhaften Hersteller für batterieelektrische Antriebe beim Elektroauto entscheiden.