Wasserstoff:Eine Alternative zum Elektroauto?

Wasserstoff Tankstelle Berlin, DEU, 23.06.2020 - Betankung eines Toyota Mirai an einer Wasserstoff Tankstelle der Shell

Ein Toyota Mira tankt in Berlin Wasserstoff. In die Alternative zu E-Autos werden viele Hoffnungen gesetzt.

(Foto: Jochen Eckel/imago images)

Wasserstoff-Fahrzeuge gelten als Hoffnungsträger für klimafreundlichen Verkehr. Die wichtigsten Fragen und Antworten zu Brennstoffzellen im Vergleich zu Batterien.

Von Felix Reek

Die Mehrheit der Politiker, der Forscher und Autohersteller scheint sich einig zu sein: Die Zukunft des Straßenverkehrs ist elektrisch. Um die Klimaziele zu erreichen, muss der CO₂-Ausstoß massiv gesenkt werden, und das ist nur mit Fahrzeugen möglich, die lokal keine Treibhausgase ausstoßen. Doch was ist mit Wasserstoff-Autos? Sie tauchen in der Diskussion immer wieder auf, wenn es um Alternativen zum E-Auto geht. Wobei die Meinungen zu dem Antrieb nicht konträrer sein könnten. Politiker wie Verkehrsminister Andreas Scheuer haben sich für die Technik ausgesprochen, viele Automobilhersteller sind jedoch nicht überzeugt - um es freundlich zu formulieren. Volkswagen-Chef Herbert Diess nannte Wasserstoff-Autos eine "reine Zeitverschwendung", als CDU-Chef Armin Laschet das Thema bei einem Treffen anschnitt, brach Tesla-Chef Elon Musk in Gelächter aus. Aber was ist eigentlich ein Wasserstoff-Auto? Was sind seine Vor- und Nachteile? Und wie umweltfreundlich sind sie wirklich? Die wichtigsten Fragen und Antworten.

Wie fährt ein Auto mit Wasserstoff?

Der Grund, warum der Antrieb immer wieder als Alternative zu Elektroautos herangezogen wird, sind die kurzen Tankzeiten und die Klimabilanz. Denn eigentlich sind auch Wasserstoff-Fahrzeuge Stromer. Der grundsätzliche Unterschied besteht in der Art der Energiespeicherung. Bei Elektroautos ist es die Batterie, bei Wasserstoff-Fahrzeugen ein spezieller Tank, in dem der Wasserstoff transportiert wird. Mithilfe einer Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, wobei Wärme und Strom entsteht, Letzterer treibt das Auto an. Das heißt: Ein Brennstoffzellen-Auto produziert seinen Strom selbst.

Ist die Produktion von Wasserstoff klimaneutral?

Der meiste Wasserstoff wird derzeit noch aus Erdgas hergestellt. Pro gewonnener Tonne entstehen zehn Tonnen CO₂ als Nebenprodukt. Dieser graue Wasserstoff verstärkt den Treibhauseffekt. Klimaneutral funktioniert das lediglich, wenn das entstehende CO₂ eingelagert wird (blauer Wasserstoff). Wirklich nachhaltig ist hingegen nur grüner Wasserstoff. Er wird per Elektrolyse aus erneuerbaren Energien erzeugt. Um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, wird dann Strom aus Windrädern und Solarkollektoren genutzt. Weltweit beträgt der Anteil dieser klimaneutralen Variante aktuell nur zwei Prozent. Türkiser Wasserstoff ist aktuell ebenfalls eine Nische. Als Nebenprodukt bleibt fester Kohlenstoff übrig, der sich weiterverwenden lässt.

Was ist der Vorteil gegenüber Diesel, Benzin und Elektroauto?

Der Betrieb eines Autos mit Wasserstoff ist unter diesen grünen Produktionsbedingungen lokal klimaneutral. Das heißt, im Gegensatz zu Benziner und Diesel entstehen während der Fahrt keine für die Umwelt schädlichen Treibhausgase. Das hat das Wasserstoff-Fahrzeug mit konventionellen Elektroautos gemein. Aus dem Auspuff eines Brennstoffzellenfahrzeugs kommt lediglich etwas Wasserdampf.

Was sind die Nachteile?

Auf der anderen Seite steht der enorme Energieverbrauch, der entsteht, bis der Wasserstoff zum Auto gelangt. Neben der Produktion ist auch der Transport aufwendig. Wasserstoff wird entweder auf minus 253 Grad Celsius gekühlt, bis er zu einer Flüssigkeit kondensiert oder als Gas komprimiert. In Autotanks wird hierfür ein Druck von etwa 700 Bar benötigt.

Wie ist der Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu einem Batterieauto?

Entscheidend ist die Produktionskette des Energieträgers: Beim Elektroauto landet der Strom aus dem Kraftwerk oder Windrad per Ladestation direkt in der Batterie und auf der Straße. Von einer Kilowattstunde Strom kommen also etwa 70 Prozent am Rad an. Bei Brennstoffzellen-Autos nimmt der Strom einen Umweg über den künstlich hergestellten Wasserstoff. Der Wirkungsgrad liegt am Ende nur noch bei 28 Prozent. Das ist unwesentlich besser als beim Benziner, der auf etwa 26 Prozent kommt. Das heißt, fast drei Viertel des verwendeten Stroms können nicht zum Antrieb des Brennstoffzellen-Autos genutzt werden; es benötigt also zwei- bis dreimal so viel Strom pro Kilometer wie ein Elektroauto.

H2O WASSERSTOFF Tankstelle in Hamburg am Wasser am 26.10.2020 in Hamburg *** H2O WASSERSTOFF filling station in Hamburg

In Hamburg steht eine der etwa 100 Wasserstoff-Tanksäulen in Deutschland.

(Foto: Laci Perenyi/imago images)

Wie viele Tankstellen gibt es?

Hinzu kommt: Aktuell gibt es keine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff in Deutschland. Laut ADAC existieren nur etwa 100 Tankstellen, die den Treibstoff anbieten. Zum Vergleich: Diesel und Benzin steht an 14 000 Orten zur Verfügung, öffentliche Ladepunkte gibt es etwa 40 000. Im umliegenden Ausland sieht es noch schlechter aus. Österreich und die Schweiz besitzen je fünf Wasserstoff-Tankstellen. Das macht eine längere Urlaubsfahrt fast unmöglich.

Was kostet ein Kilogramm Wasserstoff?

Die Tankkosten eines Brennstoffzellen-Autos liegen etwa auf dem Niveau von Benzin und Diesel. Ein Kilogramm Wasserstoff kostet 9,50 Euro. Ein Pkw kommt damit 100 Kilometer weit.

Wer baut aktuell Brennstoffzellen-Fahrzeuge?

Für die meisten Automobilhersteller ist Wasserstoff ein Nischengeschäft. Aktuell gibt es nur zwei Fahrzeuge auf dem Markt - und die sind teuer. Hyundai baut den Nexo, einen Mittelklasse-SUV mit einem Oberklasse-Preis. Das Brennstoffzellen-Auto kostet mindestens 77 290 Euro. Toyota bezeichnet seine Limousine Mirai als "elegantes Einsteigermodell". Zum Preis von 63 900 Euro. BMW stellte in diesem Jahr auf der IAA den iX5 Hydrogen vor, der in einer Kleinserie Ende nächsten Jahres verkauft werden soll. Mercedes-Benz hat den GLC F-Cell mittlerweile eingestellt, Honda bietet den Clarity Fuel Cell nur in Japan und Kalifornien an.

Wie sicher sind die Autos?

Viele kennen es noch aus dem Chemie-Unterricht: Wasserstoff verbrennt an der Luft mit schwacher blauer Flamme. Da er leichter ist als Luft, verflüchtigt er sich schnell. Um die Brandgefahr mit einem Auto mit Benzintank zu vergleichen, bohrten Forscher der Universität von Miami 2003 jeweils ein kleines Loch in die Treibstoffleitungen eines Verbrenners und eines Wasserstoff-Autos. Beide Fahrzeuge fingen Feuer, der Benziner brannte bereits nach einer Minute. Das Wasserstoff-Fahrzeug blieb weitestgehend intakt, weil der Wasserstoff nach oben entwich und in einer Stichflamme aufging. Das Europäische Parlament legte 2009 Sicherheitsstandards fest, zu denen unter anderem ein besonders stabiler Tank gehört. Dessen Herstellung ist aber aufwendig und verbraucht viel Energie.

Welches Potenzial hat Wasserstoff?

Im direkten Vergleich mit reinen Batterieautos schneiden Brennstoffzellenfahrzeuge schlecht ab. Außerdem ist Deutschland noch weit von einer grünen Stromversorgung entfernt. Trotzdem ist Wasserstoff ein wichtiger Energieträger der Zukunft. Er hat dort seine Berechtigung, wo die reine Elektromobilität an ihre Grenzen stößt: In der Schifffahrt oder als Antrieb für Flugzeuge und Züge. Auch bei Lkw wird der Antrieb erforscht. Der Straßengüterverkehr macht ein Viertel aller Verkehrsemissionen in Deutschland aus. Fast alle großen Hersteller arbeiten an der Technologie, serienreif sind aber erst einige Lkw und Busse von Hyundai und Toyota. 62 Unternehmen, darunter Daimler, Iveco, Shell, Michelin und Total, haben sich aber darauf geeinigt, bis 2030 in ganz Europa 100 000 Wasserstoff-Lkw auf die Straße zu bringen.

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