Ist die Brennstoffzelle ein totes Pferd?

Wenn wir von alternativen Antrieben sprechen, kommen wir an den Brennstoffzellen nicht vorbei. Nicht etwa, weil diese Technologie unmittelbar vor dem Durchbruch steht und bald in Kundenhänden sein wird, sondern weil es seit Jahren zu den Lieblingsprojekten der Automobilindustrie gehört. Die Brennstoffzelle bietet nämlich ein Modell, das die Automacher verstehen. Statt einem Motor, der Benzin oder Diesel in einer kontrollierten Reaktion verbrennt und in Bewegungsenergie umwandelt, gibt es die Brennstoffzelle, die in einer kontrollierten Reaktion Wasserstoff verbrennt und in Bewegungsenergie umwandelt. Flüssiger Wasserstoff wird genauso in Tanks gespeichert und ins Auto gefüllt wie fossile Flüssigkraftstoffe.

Ein Wermutstropfen ist, dass auch die Brennstoffzelle weniger Bauteile als ein Verbrennungsmotor hat, und man damit weniger Mitarbeiter braucht. Allerdings immer noch mehr als man für ein Batterieelektrisches Fahrzeug braucht. Aber glücklicherweise ist die Brennstoffzelle noch weit weg, und niemand in der Automobilindustrie muss sich schon heute den Kopf darüber zerbrechen, was mit all den Mitarbeitern gemacht werden soll, die heute Motoren bauen.

Dabei ist das Prinzip hinter der Brennstoffzelle sehr gut. Aus Wasserstoff wird bei der Verbrennung Wasser. Was hinten aus dem Auto rauskommt ist nichts anderes als purer Wasserdampf. Leider bremst uns die Wirklichkeit mit einer Reihe an praktischen Problemen. Reiner Wasserstoff ist nämlich hochexplosiv. Chemiker bezeichnen das als ‚stark exotherm’. Wie explosiv zeigt uns anschaulich das tragische Schicksal der Hindenburg. Zeppeline waren damals mit Wasserstoff gefüllt. Da dieser leichter als Luft ist, brachte er die Zeppeline in die Höhe. Über Helium, das als Edelgas inert ist und nicht mit Sauerstoff verbrennt oder mit anderen Substanzen reagiert, verfügte Deutschland damals nicht in ausreichender Menge. Deshalb blieb nichts anders übrig, als auf Wasserstoff zurückzugreifen. Mit bekanntem Ergebnis.

Hindenburg Explosion

Wasserstoff muss also entsprechend gelagert werden. Zuerst wird er synthetisiert, da er auf der Erde in reiner Form nicht existiert. Wasserstoff muss somit durch Einsatz von Energie erzeugt werden. Dabei gibt es mehrere Arten der Herstellung, und zu den häufigsten zählt die Raffination von fossilen Energieträgern. Dabei wird Wasserstoff bei der Zerlegung von Kohlenwasserstoffen abgespalten. Das macht diesen Prozess nicht wirklich umweltfreundlicher. Eine andere Form der Wasserstoffsynthese ist die Elektrolyse, wobei der Wasserstoff direkt aus der Zerlegung von Wasser gewonnen. Diese Methode ist allerdings energieintensiv und somit teuer.

Dabei liegt der Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzelle gerade mal zwischen 60 und 70 Prozent. Fast die Hälfte der gewonnen Energie geht bei der Elektrolyse verloren. Da Wasserstoff gekühlt werden muss, muss beim Speichern und Transport nochmals Energie aufgewandt werden. Da der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle selbst auch nur bei 60 Prozent liegt und bis der Wasserstoff endlich in Bewegungsenergie umgesetzt wird, ist über die ganze Kette bereits drei Mal soviel Energie verbraucht worden, wie der ins Auto gefüllte Wasserstoff bereitstellen wird.[

Im Vergleich dazu liegt der Wirkungsgrad bei Elektrofahrzeugen bei über 80 Prozent, Verbrenner erreichen durch Hitze- und Reibungsverluste nur im Idealfall 40 Prozent.

Ein weiterer Schwachpunkt von Brennstoffzellen ist die Versorgungsinfrastruktur. Wasserstoff muss ähnlich wie heute fossile Brennstoffe bereitgestellt werden, nämlich durch ein Netzwerk von Tankstellen und Pipelines. Und dieses gibt es nicht, dieses gilt es von Null aufzubauen. Auch TU Wien Professor Hans-Peter Lenz sieht das als eines der größten Hindernisse. Die Kosten einer Wasserstofftankstelle wurden bereits 2010 mit fast zwei Millionen Euro veranschlagt. Wären sie hier, könnten die Fahrzeuge genauso rasch betankt werden wie bei heute üblichen Flüssigkraftstoffen, wenn Wasserstoff nicht so teuer wäre. Konventionelle Brennstoffe kosten pro Kilometer nur ein Drittel von Wasserstoff.

Während die Brennstoffzelleninfrastruktur fehlt, ist Strom für Elektrofahrzeuge hingegen heute bereits in jedem Haushalt vorhanden. Das Netzwerk ist da und wird sukzessive aufgerüstet. Der Ausbau mit Schnelladestationen ist kostengünstiger, weil weniger Umweltauflagen zu berücksichtigen sind, als bei fossilen oder Wasserstoffbasierten Energieträgern. Ein Vorteil von Brennstoffzellentankstellen ist die Geschwindigkeit mit der getankt werden kann. Doch das ist eine theoretische Angabe, da wir mangels einer Wasserstoffinfrastruktur für Brennstoffzellenfahrzeuge kaum Erfahrung damit haben. Gleichzeitig holt E-Mobilität auf, was die Geschwindigkeit des Ladens an Ladestationen von betrifft.

All das führt uns zum Paradox, dass dieselben Automanager, die Elektrofahrzeuge ganz klarsichtig wegen fehlender Ladestationen als untauglich für den Alltag schlecht reden, bei Brennstoffzellen blind werden und dieses Problem nicht sehen. Wie sehr der Glaube in Management der Autobauer verbreitet ist, ergab eine Umfrage der Beratungsfirma KMPG. Achtundsiebzig Prozent der Umfrageteilnehmer sehen Brennstoffzellen als den wirklichen Durchbruch für den Elektroantrieb, während 62 Prozent glauben, dass Elektrofahrzeuge mit Batteriezellen aufgrund von Infrastrukturproblemen zum Scheitern verurteilt sind. Die geographischen Unterschiede könnten dabei nicht größer sein. Siebzig Prozent der europäischen Automanager erwarten das Scheitern der Batteriefahrzeuge, aber nur 34 Prozent der chinesischen.

Warum die Automanager an den Brennstoffzellen festhalten kann mehrere Gründe haben. Weil man wirklich daran glaubt. Weil sie eine technische interessante und herausfordernde Technologie darstellt, die großes verspricht. Oder weil man schon so viel Geld und Herzblut und den eigenen Ruf hineingesteckt hat, dass man das Einstellen der Arbeit daran als Scheitern interpretiert wird.

Doch Herausforderugen enden damit nicht. Brennstoffzellen geben die Energie gleichmässig ab. Beim Beschleunigen braucht das Fahrzeug aber mehr Energie. Um Energiespitzen bereitzustellen, müssen Batterien in Fahrzeug eingebaut werden, die diese Spitzen bedienen können. Damit wird das Auto schwerer, komplexer und teurer.

So verführerisch und vielversprechend Brennstoffzellen klingen, zu viele Fragen sind offen, dass es unwahrscheinlich scheint, dass wir in absehbarer Zeit in ausreichender Menge von solchen Fahrzeugen bewegt werden. Kein Wunder, dass nur einige Wochen nachdem Mercedes noch groß die Anstrengungen zur Brennstoffzellenentwicklung bestätigt hat, diese nun einstellen will. Brennstoffzellen wurden von Elektrofahrzeugen sowohl technologisch als auch ökonomisch hinfällig gemacht.

Die Brennstoffzelle ist aktuell ein totes Pferd, dass hier geritten wird.

Dieser Beitrag ist auch auf Englisch erschienen.

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