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Wasserstoffantrieb – die Lösung für unbegrenzte Mobilität?

(Dieser Artikel ist in ähnlicher Form erschienen in Energie & Umwelt 1/2007, dem Magazin der Schweizerischen Energiestiftung.)

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Wasserstoff als Energieträger für Autos hat einige faszinierende Eigenschaften. Leider kann aber auch eine Wasserstoff-Strategie auf absehbare Zeit keine Lösung für die Energie- und Umweltproblematik des Individualverkehrs bieten.

Angesichts der Probleme mit Schadstoffen und Energieverbrauch von Benzin- und Dieselantrieben ist die Vorstellung von mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen faszinierend. Die Städte könnten buchstäblich aufatmen, wenn aus den Auspuffrohren nur noch Wasserdampf käme. Für das Klima könnte ein CO2-freies Autofahren ein entscheidender Rettungsbeitrag sein, und die Abhängigkeit vom Erdöl aufzuheben, wäre hochwillkommen. Nachdem bereits mehrere Autohersteller mit Wasserstoffantrieben experimentieren, sehen manche bereits eine rosige Energiezukunft anbrechen. Solch weit gehende Erwartungen verdienen allerdings eine eingehendere Prüfung.

Wasserstoff im Auto

Die kostengünstigste Möglichkeit ist die Umstellung heutiger Benzinmotoren auf Wasserstoff. Verbrennungsmotoren haben aber besonders im Teillastbetrieb, der beim Autoantrieb ja überwiegend auftritt, einen unbefriedigenden Wirkungsgrad. Wenn von zukünftig vielleicht möglichen Wirkungsgraden von 50 % gesprochen wird, ist hiermit Volllast-Betrieb gemeint; der effektive Wirkungsgrad im Fahrbetrieb wird sehr viel geringer sein. Eher noch technisch lösbar ist das Problem, dass außer Wasserdampf auch giftige Stickoxide entstehen.

Höhere Wirkungsgrade – insbesondere im Teillastbereich – und gleichzeitig einen lautlosen Betrieb ermöglicht eine Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff elektrischen Strom für einen Elektromotor erzeugt. Eine starke Gewichtsreduktion, eine längere Lebensdauer und ein geringerer Preis als für die bisher entwickelten Brennstoffzellen wäre jedoch nötig, und dies setzt weitere Durchbrüche der Forschung und Entwicklung voraus.

Das Mitführen einer ausreichenden Menge von Wasserstoff ist die nächste Herausforderung. Hier zeigen sich erhebliche Nachteile im Vergleich zu flüssigen Energieträgern. Während der Wasserstoff selbst recht leicht ist, sind die Speicher schwer und voluminös. Eine Möglichkeit sind dickwandige Druckflaschen für die Speicherung bei sehr hohem Druck. Weniger Druck benötigen die noch schwereren Metallhydridspeicher oder aufwändige Kryospeicher.

Was die Sicherheit angeht, kann ein Wasserstofftank einem herkömmlichen Benzintank durchaus überlegen sein, weil eine nach oben gehende Wasserstoff-Stichflamme eher weniger gefährlich ist also z. B. unter dem Auto brennendes ausgelaufenes Benzin.

Die Betankungstechnik muss zur Speichertechnologie passen. Der flächendeckende Aufbau der entsprechenden Infrastruktur wäre leider eine sehr teure Aufgabe.

… und woher kommt der Wasserstoff?

Wasserstoff ist keine Energiequelle, sondern ein sekundärer Träger für Energie aus anderen Quellen. Im Prinzip gibt es sehr vielfältige Optionen. Preisgünstig ist Wasserstoff aus Erdgas, aber das löst keine Ressourcen- und Klimaprobleme – da könnten wir einfacher gleich mit Erdgas-Autos fahren. Durch Elektrolyse lässt sich Wasserstoff aus Wasser und elektrischer Energie gewinnen. Letztere auf umweltverträgliche Weise (als Ökostrom) zu tragbaren Kosten in ausreichender Menge bereitzustellen, ist vorläufig wohl die größte Herausforderung von allen. Natürlich kann man z. B. Windstrom nutzen, wobei die täglichen Schwankungen dessen Angebots kein Problem sind, da sich Wasserstoff speichern lässt. Es ließen sich sogar gezielt zeitweise anfallende Überschüsse von Windstrom nutzen, wodurch auch die Stromnetze stabilisiert und noch wirtschaftlicher würden. Allerdings verliert man bei der Elektrolyse rund 30 % der Energie – bei Nutzung von Überschüssen tendenziell sogar etwas mehr.

Instruktiv ist es, die CO2-Reduktion zu betrachten, die der Einsatz von z. B. einer Megawattstunde Windstrom in zwei Szenarien ermöglicht:

Man mag sich also fragen, ob zumindest diese Art von Wasserstofftechnologie wirklich einen Fortschritt darstellt, oder eher (wie böse Zungen meinen) eine neue Maschinerie zur Energievernichtung. Immerhin würde mit Erdöl ein Rohstoff ersetzt, der knapper ist als Kohle. Aber warum dann nicht z. B. auf verbesserte aufladbare Batterien setzen?

In einer fernen Zukunft könnte die Lage allerdings anders aussehen, falls wir eine potente, umweltfreundliche und kostengünstige Quelle von Elektrizität finden. Manche träumen hier von neuartigen Kernspaltungs- oder gar Kernfusionsreaktoren, wobei aber die einen an Sicherheitsproblemen (u. a. Endlagerung und Proliferation von atomwaffenfähigem Material) kranken und gleichzeitig immer teurer werden, während die anderen noch viel teurer werden, falls sie überhaupt technisch machbar sind. Andererseits wäre es ziemlich ambitiös, mit Windstrom aus großen Offshore-Anlagen erst Kohle und Kernenergie zu ersetzen und dann noch in eine Wasserstoffwirtschaft einzusteigen.

Die Lage würde ebenfalls etwas anders aussehen, wenn Verfahren der Biomassevergasung praxistauglicher würden. Wasserstoff könnte dann relativ effizient aus Biomasse (z. B. Holz oder aus diversen Abfällen) hergestellt werden, und die Nachteile durch die Elektrolyse würden vermieden. Allerdings ist das Potenzial für Biomasse wegen der geringen Flächenproduktivität begrenzt – erheblich kleiner jedenfalls als das der Photovoltaik.

Immerhin denkbar ist, dass wir in 50 Jahren auch ganz neue Technologien haben werden, um Elektrizität zu erzeugen, oder aber direkt Wasserstoff z. B. aus Sonnenenergie, etwa mit Hilfe künstlicher Photosynthese.

Fazit

Es ist nicht auszuschließen, dass Wasserstoff irgendwann einmal viele Autos auf nachhaltige Weise antreiben wird. Jedoch ist dies sehr unsicher und deswegen kein Ersatz für das Streben nach Energieeffizienz und einer nachhaltigen Mobilität. Diverse Prestigeprojekte von Autoherstellern zielen womöglich weniger auf eine echte Problemlösung innerhalb nützlicher Frist ab, sondern eher auf die Einlullung der Bevölkerung, die sich mit technischen Wunschträumen beschäftigen soll, anstatt echte Problemlösungen heute zu verlangen. Und diese liegen wohl eher in hocheffizienten Fahrzeugen und einem nicht weiter ausufernden Individualverkehr.

Siehe auch: Wasserstoff, Wasserstoffwirtschaft, Verbrennungsmotor, Elektrolyse, Brennstoffzelle, Akkumulator, Energiespeicher, Elektromobilität

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