Wasserstoff-Autos nutzen das flüchtige Gas als Energieträger, aus dem Auspuff kommt nur Wasserdampf.

Wasserstoff-Auto: Wie gut ist der Antrieb mit Brennstoffzelle?

Das Wichtigste in Kürze

Ein Wasserstoff- oder Brennstoffzellen-Auto ist bei der Reichweite und den kurzen Tankzeiten einem Elektroauto überlegen.
Die Fahrzeuge mit dem alternativen Antrieb sind relativ teuer und es gibt noch sehr wenige Wasserstoff-Tankstellen.
Sie erzeugen den elektrischen Strom, den sie zum Fahren benötigen, direkt an Bord aus Wasserstoff und Sauerstoff.
Erst wenn Wasserstoff mit grünem Strom aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt wird, sind die Autos auch klimafreundlich.

Themen in diesem Ratgeber:

Wann kommt das Wasserstoff-Auto?

Wasserstoff- oder Brennstoffzellen-Autos kommen ohne Verbrennungsmotor aus und könnten eine wichtige Rolle bei der Energiewende spielen. Doch sind die wasserstoffbetriebenen Kfz eine Alternative zum Elektroauto? Wir haben die Pkw mit Brennstoffzelle unter die Lupe genommen und stellen ihnen vor, wie die Technik dahinter funktioniert und wie effizient und klimafreundlich die Autos wirklich sind.

Die Debatten über die Zukunft des Wasserstoff-Autos haben in den vergangenen Jahren zugenommen. Wenn Deutschland die Klimaziele erreichen will, zu denen es sich gemeinsam mit vielen anderen Staaten verpflichtet hat, muss es auch die Verkehrswende beschleunigen. Der Verkehr verursacht hierzulande aktuell rund 20 Prozent der CO₂-Emissionen. Deshalb ist klar, dass auch in diesem Bereich mehr klimaneutrale und alternative Antriebe für das Auto gefragt sind.

Bisher fördert die Regierung vor allem Elektroautos, setzt aber seit Juni 2020 auch auf eine Wasserstoffstrategie. Damit will sie den Energieträger Wasserstoff sowohl in der Industrie als auch im Verkehr stark machen. 39 Prozent der Befragten in Deutschland sind laut einer aktuellen Umfrage des Meinungsforschungsinstituts Civey für eine staatliche Förderung von Wasserstoffautos. Damit sich Autofahrer häufiger dafür entscheiden, sind jedoch noch einige Herausforderungen zu überwinden.

Die Vor- und Nachteile von Wasserstoff-Autos auf einen Blick

Vorteile

lokal emissionsfrei
kurze Tankzeiten
hohe Reichweite
sicher bei Unfällen

Nachteile

kein ausreichendes Wasserstoff-Tankstellennetz
noch nicht ausgereifte Technik
hohe Kosten bei der Gewinnung von Wasserstoff
hohe Anschaffungskosten
keine Langzeiterfahrung

Wasserstoff vs. Elektro

	Wasserstoff	Elektro
Effizienz	20 - 30 %	70 - 80 %
Lokale Emissionen	keine	keine
Reichweite	ca. 700 km	ca. 550 km
Ladezeiten	mehrere Minuten	Bis zu mehreren Stunden (je nach Ladestation)
Kosten pro 100 km	9,50 €	4,50 €

Quelle: https://www.carwow.de/ratgeber/elektroauto/wasserstoff-elektro-oder-synthetischer-kraftstoff-welcher-alternative-antrieb-ist-der-beste

Wie gut sind Wasserstoff-Autos?

Reichweite: Wasserstoff-Autos fahren sich genauso komfortabel wie herkömmliche E-Autos. Sie haben gute Fahreigenschaften und sind bei niedrigem Tempo sehr leise. Sie punkten mit einer Reichweite von im Durchschnitt 700 Kilometern. Zudem können Sie es in wenigen Minuten an einer H₂-Tankstelle volltanken.

Herstellung des Treibstoffs: Wasserstoff liegt nicht ungebunden vor, sondern wird unter viel Energieeinsatz aus Wasser gewonnen. Mithilfe von Gleichstrom wird in einer Elektrolyse dabei Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Das Verfahren ist schon sehr lange bekannt und es wird auch längst genutzt. Aber es ist aufwendig und hat seinen Preis.

Transport und Lagerung: Nicht nur die Herstellung ist teuer, sondern auch der Transport und die Lagerung des Wasserstoffs in speziellen Tanks. Denn Wasserstoff wird gasförmig unter hohem Druck (350 oder 700 bar) oder flüssig bei minus 235 Grad Celsius gespeichert – Wasserstoff ist nach Helium das Gas mit dem zweit tiefsten Siedepunkt. Dafür sind im ersten Fall sehr dickwandige und dadurch recht schwere Behälter und im zweiten Fall äußerst gut isolierte, mehrwandige Tanks nötig – sowohl für den Transport als auch an Tankstellen und beim Auto selbst.

Klimafreundlich: Im Gegensatz zum Diesel oder Benziner, die Feinstaub und CO₂ ausstoßen, bleibt beim Brennstoffzellen-Auto nur Wasserdampf als Abfallprodukt übrig. Das bedeutet: Ein Wasserstoff-Kfz ist lokal emissionsfrei. Doch richtig umweltfreundlich ist es nur, wenn der benötigte Wasserstoff mit grünem Strom gewonnen wird, also Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Wasserkraft, Photovoltaik, Biomasse oder Erdwärme.

2 H₂O => Elektrolyse => 2 H₂ + O₂

Derzeit werden nur zwei Prozent des Wasserstoffs weltweit aus regenerativer Energie hergestellt. Der Großteil des Wasserstoffs wird immer noch durch den Einsatz von Erdgas, Erdöl und Kohle gewonnen. Bei dieser Herstellungsform des sogenannten grauen Wasserstoffs fällt auch CO₂ an und damit ist sie nicht klimaneutral:

CH₄ + 2 H₂O => Dampfreformierung => 4 H₂ + CO₂

Effizienz: Wasserstoff ist ein guter Energieträger: Der Brennwert von einem Kilogramm beträgt 33 Kilowattstunden und ist damit dreimal so hoch wie der Energiegehalt von einem Liter Benzin oder Diesel. Und noch ein wichtiger Vorteil: Die Ressourcen von Wasserstoff sind praktisch unendlich groß im Gegensatz zu fossilen Energieträgern, die begrenzt sind. Ein Nachteil dabei ist, dass ein Kilo Wasserstoff bei Normaldruck ein Volumen von über 11.000 Litern einnimmt. Deshalb wird H₂ gasförmig unter sehr hohem Druck gelagert.

In Punkto Effizienz kann das Brennstoffzellen-Auto aber nicht mit dem Elektroauto mithalten. Letzteres setzt mehr als 70 Prozent der Energie, die zum Beispiel in einer Photovoltaik-Anlage erzeugt wurde, in Vortrieb um. Beim Wasserstoffauto geht viel Energie für die Wasserstoffproduktion, die Kompression für den Transport zur Tankstelle und die Stromerzeugung in der Brennstoffzelle verloren. So kommt es nur noch auf einen Wirkungsgrad von etwa 25 bis 30 Prozent. Das ist die Energie, die zum Fahren übrigbleibt. Der Wirkungsgrad ist damit in etwa vergleichbar mit dem des Benziners (22 Prozent) und des Diesels (25 Prozent).

Sicherheit: Autos mit Wasserstoffantrieb sind nicht gefährlicher als andere Fahrzeuge. Wasserstoff und Sauerstoff bilden zwar ein explosives Gemisch. Allerdings erst, wenn der Wasserstoff einen Anteil von 18 Prozent hat. Das kommt aber kaum vor, da Wasserstoff etwa 14 mal leichter als Luft ist und sich sehr schnell verflüchtigt. Zudem gibt es strenge Auflagen, was die Druckfestigkeit und die Dichtigkeit etwa des Tanks betrifft.

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Welche Wasserstoff-Autos gibt es?

Toyota hat mit der Baureihe Mirai ein Brennstoffzellen-Auto der Oberklasse am Start. In den Tank der Limousine passen 5,6 Kilogramm Wasserstoff. Damit soll eine Reichweite von rund 650 Kilometern möglich sein.

Der Hyundai Nexo verspricht eine Reichweite von 756 Kilometern. In nur fünf Minuten soll sich der Wasserstoff-SUV volltanken lassen. Im Jahr 2020 wurden allerdings nur rund 1.000 Stück davon in ganz Europa verkauft.

Mercedes setzte beim Wasserstoffauto auf den GLC F-Cell und stellte eine niedrige Stückzahl für Firmenkunden her. Doch inzwischen hat ihn der Autohersteller vom Markt zurückgezogen. Die Begründung: Die Batterietechnologie bei Elektroautos habe in den vergangenen Jahren große Sprünge gemacht und den Reichweitenvorteil von Brennstoffzellen-Autos verringert.

Was kostet ein Wasserstoff-Auto?

Autos mit Brennstoffzellen-Antrieb haben noch einen stattlichen Preis. Die Kosten beginnen bei gut 60.000 Euro. Der Hyundai Nexo kostet knapp 80.000 Euro. Bisher produzieren die Autohersteller nur geringe Stückzahlen, was den Preis nach oben treibt. Aber auch die Produktionskosten etwa der Brennstoffzellen mit Platinbeschichtung, des Tanks und der Steuerung treiben die Anschaffungskosten bislang nach oben.

Wie funktioniert ein Wasserstoff-Auto?

Genau genommen ist ein Wasserstoff- oder Brennstoffzellen-Auto ein Elektroauto, da es auch über einen Elektromotor verfügt. Der Unterschied: Während das E-Auto den getankten Strom in einem großen Lithium-Akku speichert, erzeugt das Wasserstoffauto den Strom in einer Brennstoffzelle an Bord. Lediglich eine kleine Batterie dient als Zwischenspeicher, die zum Beispiel zum Vorwärmen beim Starten nötig ist. Außerdem fließt die sogenannte Rekuperationsenergie hinein – das ist die elektrische Energie, die beim Bremsen entsteht.

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle im Auto?

Die Brennstoffzelle in einem wasserstoffbetriebenen Auto ist ein sogenannter Energiewandler. Dieser erzeugt elektrischen Strom aus Wasserstoff (H₂), der vorher getankt wird, und Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Chemisch gesehen handelt es sich um eine Umkehrung der Elektrolyse. Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) verbinden sich zu Wasser (H₂0). Dabei wird elektrische Energie frei, die den Motor antreibt.

Gut zu wissen: Neben Wasserstoff-Kfz mit Brennstoffzelle gibt es auch Autos mit einem Wasserstoffmotor. Dabei handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der den Wasserstoff direkt als Kraftstoff nutzt, ohne diesen vorher in Strom umzuwandeln.

Warum gibt es so wenige Wasserstoff-Autos?

Viele Autofahrer, die eine klimafreundliche Alternative zum Verbrenner suchen, schrecken vor dem Wasserstoff-Auto noch zurück. Bis Ende 2020 waren gerade einmal 1.060 Brennstoffzellen-Autos in Deutschland zugelassen. Die Gründe: Hohe Anschaffungskosten und das noch kaum ausgebaute Wasserstoff-Tankstellennetz. In Deutschland gibt es (Stand: August 2021) etwa 90 H₂-Tankstellen. Weitere neun befinden sich entweder in Planung oder im Bau. Zum Vergleich: An etwa 15.000 Tankstellen können Autofahrer momentan Benzin oder Diesel tanken.

Deutschland ist bei Wasserstoff-Tankstellen trotzdem schon Spitzenreiter in Europa. In Österreich und Frankreich sind es nur jeweils fünf, in den Niederlanden vier und in Belgien zwei. Das ist wenig verlockend für Menschen, die viel mit dem Auto unterwegs sind und auf ein flächendeckendes Tankstellennetz angewiesen sind.

Fazit: Zukunft des Brennstoffzellen-Autos

Ob sich Wasserstoff- oder Brennstoffzellen-Autos in Zukunft neben Elektroautos durchsetzen, bleibt fraglich. Auch wenn das Tankstellennetz weiter ausgebaut wird, haben sie eine schlechtere Energieeffizienz als Elektroautos. Auch die Lagerung und der Transport des Wasserstoffs in aufwändigen Drucktanks bleiben eine Herausforderung.

Experten sehen die Brennstoffzellentechnik daher eher im Bereich des Güterverkehrs als bei Privatautos. So könnten in naher Zukunft Lkw, Flugzeuge, Schiffe oder Landmaschinen auf diese Technik zurückgreifen, um ihren CO₂-Ausstoß und Feinstaub zu reduzieren.

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