Hat die Brennstoffzelle in Autos eine Zukunft?

Die Zukunft des Automobils wird im Moment dominiert von batteriebetrieben Fahrzeugen mit Elektromotoren, zumindest in den Schlagzeilen. ABER: Es gab doch noch die Vision des Wasserstoffautos, als weitere Alternative zu Fahrzeugen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Die Frage, was daraus geworden ist, treibt mich schon lange um. Dank Astrophysiker und Naturphilosoph Harald Lesch, weiß ich jetzt Bescheid und kann Antworten geben, oder wie man so schön sagt, bin sprechfähig.

Wasserstoffauto: WHAT und HOW

Was muss man sich unter einem Wasserstoffauto vorstellen? Kurz gesagt: Kommt Wasserstoff mit Sauerstoff in Verbindung, wird explosionsartig Energie frei und zwar jede Menge davon. Diese chemische Reaktion wird bei Wasserstoffautos dazu genutzt, den Antrieb mit Energie zu versorgen. Entweder man betreibt damit einen Verbrennermotor, oder wandelt die Energie in elektrischen Strom um und nutzt sie so für einen Elektromotor. Die Fahreigenschaften entsprechen je nach Antriebsart exakt denen eines Autos, das mit fossilen Brennstoffen angebtrieben wird, oder denen mit Elektromotoren.

Egal mit welchem Antrieb ein Brennstoffzellenauto läuft, es ist emissionsfrei, schont also im Betrieb die Umwelt. Damit zählt es zur Kategorie der Zero Emission Vehicles (ZEV).

Eine tolle Erklärung von Wasserstoffautos bietet der ADAC: hier.

Zurück in die Vergangenheit: Der BMW Hydrogen 7

Zurück in die 2000er: Aus meiner Kindheit kann ich mich noch an eine Versuchsreihe von BMW erinnern: Der BMW Hydrogen 7 galt zu seiner Zeit als weltweit erste Wasserstoff betriebene Luxuslimousine. Kaufen konnte man den Hydrogen 7 nicht. Nur wenigen wurde das Fahrzeug über Leasingverträge zur Benutzung angeboten.

Hier ein Video über den BMW Hydrogen 7 im Einsatz bei Krones.

Quelle: Krones AG, YouTube

„Eine neue Ära der Mobilität beginnt. Der BMW 7 Hydrogen“.

BMW AG am 13.11.2006

Mehr zum BMW Hydrogen 7 bietet das Archiv des BMW Presseclubs: hier.

Was aus der tollen Idee geworden ist? Nichts! Mit dem Hydrogen 7 hat BMW nicht nur eine neue Ära der Mobilität eingeleitet, sondern 2009 mit der Verkündigung, die Entwicklung von Waserstoffautos einzustellen, auch gleich wieder beendet. By the Way: Über den Verbleib der Hydrogen 7 Flotte ist nichts bekannt.

Das Wasserstoffauto, ein Loser?

Warum ist das Wasserstoffauto so abgelost? Besteht vielleicht doch noch Hoffnung? Für Überraschung sorgt wieder einmal Toyota: Blickt man in die Fahrzeugpalette, findet man mit dem Mirai ein Wasserstoffauto in Serie. Das Ganze hat mit 78.000€ aber auch seinen Preis. Ein ähnliches Beispiel ist Hyundai Nexu. Als einziger deutscher Automobilhersteller bietet Mercedes mit dem GLC F-Cell ein Wasserstofffahrzeug, das jedoch nicht zum Kauf steht, sondern nur zur Miete.

Licht ins Dunkel dieses verwirrenden Bildes bringt der Beitrag von Harald Lesch. Er klärt auf, ob das Wasserstoffauto eine Zukunft haben kann und zieht dabei auch Vergleiche zu anderen Antriebsarten, wie dem batteriebetriebenen Elektromotor.

Wasserstoffautos: Was sagt Harald Lesch?

Harald Lesch erklärt Wasserstoffautos by TerraX, Quelle: Youtube

Herausforderung Wasserstoffauto

Nicht ohne Grund sehen wir aktuell keine Wasserstoffautos auf deutschen Straßen und hat BMW die Versuchsreihe schon vor Jahren eingestellt: Der Antrieb ist noch zu wenig effektiv, es ist im Moment noch ein Tanknetz notwendig, das es nicht existiert und Wasserstoff ist ein schwieriges chemisches Element:

  • Lesch zieht hier einen interessanten Vergleich der Nutzungskosten für jeweils 500km sind: 25€ Stromkosten bei einem Tesla, 30€ für ein Diesel-Fahrzeug und satte 50€ für ein Wasserstofffahrzeug.
Lesch erklärt die Tankkosten by TerraX
Lesch erklärt die Tankkosten by TerraX, Quelle: Youtube
  • Deutschlandweit gibt es nur rund 100 (Lesch 50) Tankstellen für Wasserstoff. Eine aktuelle Liste von Wasserstofftankstellen findet man hier. Das hat BMW auch veranlasst den Hydrogen 7 so zu konstruieren, dass er auch mit Benzin betrieben werden kann. Im Vergleich: Ladestellen für die rund 10.000 Elektroautos gibt es bereits jetzt im fünstelligen Bereich. Hinzu kommt, dass man die Batterien der Elektroautos theoretisch auch Zuhause aufladen kann. Audi testet gerade sogar einen mobilen Ladeservice.
  • Im Periodensystem der chemischen Elemente steht Wassersoff oben links. Das heißt, er ist sehr flüchtig, muss also fest zusammengepresst und zusammengehalten werden. Dementsprechend aufwendig muss ein Tank gestaltet sein und ist die Produktion energieintensiv, was natürlich ähnlich wie bei den Akkus von Elektroautos die ökologische Gesamtbilanz von Wasserstoffautos in der Produktionskette belastet.
Periodensystem by TerraX
Periodensystem by TerraX, Quelle: Youtube

Herausforderung batteriebetriebenes Elektroauto

Die Batterie: Das Herzstück des Elektroautos

Batterien bilden das Herzstück von Elektroautos und zählen somit zu den wichtigsten Bauteilen. Hauptbestandeil von Akkus ist Lithium und das macht Akkus auch zum größten Schwachpunkt batteriebetriebener Fahrzeuge. Wie Lesch erklärt, kommt Lithium in seiner Reinform nicht vor und ist Lithium immer mit anderen Materialien verbunden. Die Konsequenz: Für die Gewinnung von 1 Tonne Lithium Salz sind 2 Millionen Liter was notwendig. Dies wird von Kritikern bestritten. Allerdings ist es in jedem Fall so, dass für die Gewinnung jede Menge Wasser erforderlich ist und das in Gegenden wie der Attakamawüste in Chile, wo Wasser Mangelware ist.

Damit schädigt man mit dem Abbau des für die Batterieherstellung essentiellen Rohstoffes die Umwelt und das mit dem ursprünglichen Ziel, mit batteriebetriebenen Elektroautos genau das Gegenteil zu tun.

Der Strom: Die Energiequelle

Auch mit dem Strom ist das so eine Sache, wie Harald Lesch aufzeigt: Wenn plötzlich alle mit Strom fahren wollen, dann brauchen wir sehr viel davon. Lesch geht hier sehr weit, wenn er davon ausgeht, dass wir eines Tages 54 Millionen Fahrzeuge mit Batterie betreiben möchten, 1 Millionen Fahrzeuge gleichzeitig laden möchten und das mit einer Spannung von 350 Killowatt. Das ist schon eine heftige Vorstlelung und wir sind weit davon weg. Die Roadmap der Automobilherstellt und Politik geht aber in diese Richtung und im asiatischen Raum werden wir diese Kennzahlen sicher schneller erreichen wie hier in Deutschland. Deshalb muss ich Harald Lesch hier auch gegen die Teils böse Kritik scharf verteidigen: Die Rechnung war Vorneherein stark in die Zukunft gerichtet und ist nicht ganz abwegig.

In jedem Fall würde diese Anforderung bedeuten: In Deutschland müsste eine Nennleistung von 350 Gigawatt Strom alleine für Elektorautos zur Verfügung stehen. Da man an einer Ladesäule auch nicht warten möchte, bis die volle Leistung erreicht ist, muss die Leistung an jeder Ladesäule sofort zur Verfügung stehen. Das ist wie bei einer Sprenkleranlage. Auch wenn sie nicht gebraucht wird, muss das Wasser in den Startlöchern sein, für den Zeitpunkt, wenn es brennt.

Strombedarf Deutschland by TerraX
Strombedarf Deutschland by TerraX, Quelle: Youtube

Aktuell liefert das gesamte Deutsche Stromnetz eine Gesamtleistung von 68,5 Gigawatt, gerade mal 1/54 von dem, was man nach der Rechnung von Harald Lesch benötigen würde, um 1 Millionen Autofahrer in Deutschland gleichzeitig mit Strom zu versorgen. Egal, wo die Leute laden, der Strom wird benötigt und selbst wenn die Ladeleistung von 350 Kilowatt nicht oder nicht immer notwendig sein wird, wir brauchen mehr Strom und auch ökologisch erzeugten Strom, um batteribetriebene Elektromobilität für alle Wirklichkeit werden zu lassen.

Lesch empfiehlt: Weiterentwicklung des Wasserstoffautos

Und da wären wir wieder beim Wasserstoffauto. Genau dieses schlägt Lesch als Lösung vor die Problematik mit Batterien und auch der Ladeinfrastruktur vor.

Das Wasserstoffauto soll parellel zum batteriebetriebenen Elektrofahrzeug weiterentwickelt und getestet werden, gewissermaßen nach dem Motto, möge der bessere siegen.

Dabei hat Wasserstoff einen riesen Vorteil: Wasserstoff ist eine anschlussfähige Technologie und kann zu 100 Prozent aus ökologischem Strom hergestellt werden, man kann ihn aus Power-To-Gas-Speicherung heraus holen. Power to Gas ist eine Technologie mittels derer überflüssige, elektrische, ökologisch erzeugte Energie in Gas gespeichert wird, also in Form von chemischer Energie. Eine riesige Pipeline hierzu existiert in Deutschland bereits. Eine neue Infrastruktur hierfür ist also nicht nötig.

Es wird noch besser: Tankstellen für Wasserstoff sind nicht miteinander durch ein Netzwerk verbunden. Also unabhängig voneinander. Am Beispiel des Nahverkehrs und dem Stromnetz geschuldeten Ausfällen, zeigt Lesch, wie schwierig es ist trotz smarter Technologien Stromnetze in den Griff zu bekommen und stellt dann die Frage in den Raum, wie das bei einem Engergieaufwand funktionieren soll, die für Elektroautos notwendig wird, wenn sie wirklich einen Massenprodukt werden, das alle haben und nutzen wollen. Auch hier gilt: Je komplexer ein System, desto kleiner können Auswirkungen sein, die katastrophale Auswirkungen haben

Da der Konsument hier immer zu der Lösung greift, die günstig ist, also zum batteriebetriebenen Elektroauto müsse laut Lesch, die Politik dafür sorgen, dass auch das Brennstoffauto noch einmal in den Blick genommen wird.

Wasserstoffauto by HaraldWasserstoffauto by Harald Lesch, TerraX Quelle: Youtube Lesch
Wasserstoffauto by Harald Lesch, TerraX Quelle: Youtube

Forecast of chrisvision

Und was soll ich jetzt davon halten?

Harald Lesch hat Recht mit alledem was er sagt, vorausgesetzt man versteht ihn richtig. Mit seinem Beitrag möchte er keineswegs batteriebetriebener Elektromobilität den Riegel vorschieben. Er möchte aufzeigen, dass dies nicht der einzige Weg ist und mit der Brennstoffzelle eine Technologie in Erinnerung rufen, die in den letzten Jahren in Vergessenheit geraten ist. Das gelingt ihm in meinen Augen eindrücklich, wenn man seine Argumente genauer betrachtet. Fazit ist nämlich: Die aktuelle Inneffektivität der Brennstoffzelle, gepaart mit der Tatsache, dass in Deutschland keine Infrastruktur dafür bereitsteht, reichen nicht dazu aus, den Traum vom Wasserstoffauto komplett zu beerdigen.

Stromhunger in China gibt der Brennstoffzelle eine letzte Chance

Im Gegenteil: Lesch macht klar, dass wir in naher und in auch in weiterer Zukunft, wir reden von einem Zeitraum zwischen Jahr 2025 und 2035, nicht komplett auf rein batteriebetrieben umstellen können, und somit auch andere Technologien in Erwägung ziehen müssen. Auch wenn eine Ladeleistung von 350 KW als Basis für die Hochrechnung von Lesch übertrieben erscheint, ist ihm dennoch damit zuzustimmen, dass wir in Deutschland weder so schnell eine komplette  leistungsfähige Ladeinfrastruktur aufbauen können, wie dies nötig wäre, noch den dafür benötigten Strom in so großer Masse ökologisch vertretbar produzieren können.

Um dieses Dilemma zu lösen, fordert Lesch schlägt die Weiterentwicklung der Brennstoffzelle und ruft zu einem Paralleltest von batteriebetriebenen Technologien und Technologien basierend auf der Brennstoffzelle auf. Dadurch werde sich ganz von alleine zeigen, inwieweit die jeweiligen Technologien zukunftsträchtig sind.

Deutsche Automobilhersteller liefern Serienfahrzeuge mit Brennstoffzelle

Wie schätze ich nun aber die Zukunft der Brennstoffzelle ein anhand meiner neuen Erkenntnisse? Bleibt die Brennstoffzelle auf Dauer in ihrem Dornröschenschlaf? Oder wird sie neben dem batteriebetriebenen Antrieben doch noch zum Energielieferanten in Fahrzeugen?

Meine Meinung: Der Dornröschenschlaf hat bald ein Ende. Wachgeküsst wird die Brennstoffzelle in China, spätestens dann, wenn Verbrennermotoren nicht mehr tragbar sind, weil die Luftverschmutzung das absolute Maß des Möglichen überschritten hat und fossile Brennstoffe unbezahlbar werden. In meinen Augen steht hier eine drastische Kehrtwende kurz bevor und tritt allerspätestens 2030 ein.

Rennen zwischen Brennstoffzelle und Batterie

Ist es so weit, wird es zwar unzählige Elektroautos auf dem Markt geben. Spätestens 2025 wird jeder deutsche Automobilhersteller mehrere, für weite Teile bezahlbare Fahrzeuge im Portfolio haben. Der für diese Fahrzeuge benötigte Strombedarf, wird jedoch gerade in China so schnell nicht gedeckt werden können. Und hier kommt die Brennstoffzelle ins Spiel: Elektromotoren und elektrisch fahrende Fahrzeuge sind 2025 auf einem ausgereiften Level. Im Prinzip muss nur noch die Betriebsart geändert werden und die Fahrzeuge können Energie über Wasserstoff abfragen.

Weil gerade der chinesische Markt auch für die Deutsche Automobilindustrie eine Schlüsselfunktion trägt, werden auch alle deutsche Automobilhersteller auf den Zug aufsteigen und wird BMW die Pläne für den Hydrogen 7 wieder aus den Schubläden ziehen und hier vielleicht sogar einen Vorreiterrolle einnehmen können, wenn nicht Hersteller wie Toyota, die schon längst dabei sind, ein Wasserstoffauto salonfähig zu machen, das Rennen gewinnen.

Sieg deutscher Automobilhersteller

Wie schon jetzt im Fall der batteribetriebenen Elektromobilität werden auch im Fall des Wasserstoffautos asiatische Hersteller versuchen, sich Marktanteile gegenüber der deutschen Konkurrenz zu erkämpfen, was allerdings weiterhin aufgrund der jahrzehntelangen Erfahrungen, der bestehenden Netzwerke und des Know Hows sehr schwierig werden wird, so dass letzten Endes nur Wasserstofffahrzeuge der bestehenden Hersteller sich durchsetzen werden.

coming 2030: Wasserstoffauto für die Masse

Kurz gesagt, 2030 wird das Wasserstoffauto kein Exot mehr sein auf den Straßen Deutschlands und überhaupt. Bis dahin werden neue Technologien, die es ermöglichen Wasserstoff onboard zu produzieren ihre Marktreife erreichen und ständiges Nachladen obsolet machen. Vielleicht wird es dann nicht mehr nötig sein, schwere Batterien in Fahrzeugen zu verbauen? We will see.

Mobilität im Change

Mit den Antriebsarten wird sich das Nutzerverhalten von Automobilen aber auch drastisch ändern. Einen Einblick in die Zukunft gibt in diesem Fall kein geringer als Elon Musk, der einen exzellenten Blick auf das Thema Mobilität hat. Dazu wird es aber einen eigenen Artikel auf chrisvision geben, genauso wie weitere Artikel zum Thema Wasserstoffauto.

So sage ich an dieser Stelle, Wasserstoffauto, bis demnächst und danke Harald Lesch,

Chris von chrisvision

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