Kraftstoff der Zukunft

Wasserstoff steht an erster Stelle. Im Pe­riodensystem der Elemente ist Wasserstoff mit dem Symbol H ganz oben links mit der Ordnungszahl 1 aufgeführt. Er ist das chemische Element mit der geringsten Atommasse und kommt unter den auf der Erde herrschenden Bedingungen nur als Molekül vor – daher rührt auch das Symbol H₂.

Wasserstoff lässt sich nahezu überall auf der Welt in un­­begrenzten Mengen erzeugen. Damit erfüllt er eine Eigenschaft, die fossile Energieträger nicht aufweisen. Erdöl und Erdgas sind endlich und knapp. Die Methoden zu ihrer Gewinnung werden immer herausfordernder und aufwändiger. Allerdings ist auch die Wasserstofferzeugung energieintensiv, so dass in den Aufbau einer Wasserstoffindustrie auch eine nachhaltige Strom­­erzeugung integriert werden muss.

Aus umwelttechnischer Sicht hat Wasserstoff einen ent­scheidenden Vorteil: Er kann wie fossile Energie­träger für Anwendungen in der Mobilität oder für das Heizen genutzt werden, ohne dass Kohlendioxid emittiert wird. Langfristig kann Wasserstoff auch in der Industrie eingesetzt werden. Dadurch bietet Wasserstoff große Chancen für die Eingrenzung des Klimawandels durch Dekarbonisierung.

Die in Wasserstoff gespeicherte Energie ist wetter- und tageszeitunabhängig verfügbar und ist damit anderen umweltfreundlichen Energiegewinnungs­formen wie Wind- oder Solarkraft überlegen. Allerdings ist Wasserstoff kein Primärenergieträger im eigentlichen Sinne – man muss ihn erst unter Energieeinsatz herstellen, um ihn dann für den gewünschten Zweck zu verwenden. Dadurch heftet ihm oft der Makel an, nicht so effizient zu sein wie die direkte Verwendung von Strom. Allerdings wird dabei nicht berücksichtigt, dass Wasserstoff im Gegensatz zu Strom lagerfähig ist. Während sich Batterien mit der Zeit entladen, kann durch Wasserstoff die Energie bedarfs­gerecht und ohne Verluste direkt im Fahrzeug erzeugt werden. Daraus ergibt sich der große Vorteil, dass sowohl der Zeitpunkt als auch der Ort der Herstellung von der Verwendung entkoppelt werden können und der Transport mittels Pipelines oder in flüssiger Form geschehen kann. Das spielt gerade bei langen Strecken oder großen oder zeitlich stark wechselnden Energiebedarfen eine Rolle. Flugzeuge, Schiffe und Züge sind für Wasserstoff ebenso Einsatzmöglichkeiten wie der Transport oder die Personenbeförderung auf der Straße.

Für den Mobilitätssektor ergeben sich daraus große Möglichkeiten. Insgesamt kann der Antrieb von Fahrzeugen vollkommen CO₂-neutral dargestellt werden, wenn der Strom für die Wasserstoffherstellung aus regenerativen Quellen gewonnen wird. Insbesondere die im Tagesverlauf überschüssige Wind-, Wasser- oder Solarkraft kann genutzt werden, um Wasserstoff herzustellen. Über existierende Pipelines kann dieser dann zum Beispiel Kavernen in Norddeutschland zugeführt und dort gelagert werden.

Um den gelagerten Wasserstoff für die Mobilität in der Breite zu nutzen, kann man auf die bestehende Tankstelleninfrastruktur zurückgreifen. Untersuchungen zeigen, dass von den rund 14.000 Tankstellen in Deutschland rund 1.000 zusätzlich für Wasserstoff ausgerüstet werden müssten, um eine flächendeckende Versorgung zu gewährleisten. Damit ist ein dezentraler Aufbau, wie zum Beispiel für den rein batterieelektrischen Antrieb, nicht notwendig.

Mit der Nutzung der bestehenden Tankstelleninfrastruktur verändert sich die Gewohnheit der Mobilität nicht grundlegend. Wie bislang fährt man zur Tankstelle, um den Energieträger durch Betankung an Bord zu holen. Der Tankvorgang geschieht ähnlich zu bekannten fossilen Energieträgern und bedarf auch nur weniger Minuten. Im Vergleich zu rein batterieelektrischen Fahrzeugen, deren Ladevorgang an Schnellladestationen ca. 20 bis 30 Minuten in Anspruch nimmt, zeigen sich deutlich geringere Standzeiten.

Diese Standzeiten machen die wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle für bestimmte Anwendungen interessant. Denn überall dort, wo Stillstand kostspielig ist, kann sich die Brennstoffzelle als effiziente Antriebstechnologie beweisen. Das gilt insbesondere für den Schwerlastverkehr, wo Betriebskosten entscheidend sind. Letztlich werden sich Fahrzeughersteller zwischen dem rein batteriebetriebenen und dem brennstoffzellenbasierten Antrieb entscheiden müssen. Denn die Herstellungsverfahren von synthetischen Kraftstoffen haben einen geringen Wirkungsgrad, sodass diese Technologien nur bestimmten Anwendungen vorbehalten sein werden. Mit Batterien alleine lässt sich der Antrieb für einen Truck nicht so kosteneffizient darstellen wie mit Hilfe einer Brennstoffzelle. Denn entweder wird die Batterie so groß dimensioniert, dass die Reichweite groß und damit der Wiederaufladebedarf und die kostspieligen Stillstandszeiten gering gehalten werden können. Dann aber wird die Nutzlast des Trucks durch das Gewicht der Batterie eingeschränkt, sodass der Spediteur wenig laden und befördern kann. Oder man wählt eine kleine Batterie, um die verfügbare Nutzlast zu maximieren. Jedoch müssen dann häufig Schnellladestationen angesteuert werden, wodurch die zeitliche Nutzung des Trucks eingeschränkt wird.

Ein brennstoffzellenbetriebener Truck ist diesen Re­striktionen nicht in dem gleichen Maße ausgesetzt. Die Betankung mit Wasserstoff erfolgt – wie bislang bei fossilen Energieträgern – in einem überschaubaren Zeit­rahmen, die Nutzlast ist nicht eingeschränkt und die Reichweite vergleichsweise hoch. Brennstoffzellen sind somit die überlegene Alternative für Nutzfahrzeuge und Busse, für die eine ähnliche Argumentation gilt.

Da Brennstoffzellen gerade in diesen bestimmten Anwendungen ihre Vorteile ausspielen können, werden sie sich hier stärker durchsetzen und in we­nigen Jahren in höheren Stückzahlen produziert werden. Diese Skaleneffekte werden den Stückpreis der Brennstoffzellenstacks senken, sodass diese aus ökonomischer Sicht auch im Pkw-Bereich immer interessanter werden. Für bestimmte Anwendungen – zum Beispiel für längere Distanzen oder bestimmte Fahrzeuggrößen – ergibt dann die Brennstoffzelle durch­aus Sinn. Die Grenzen in der Koexistenz der verschiedenen Antriebsarten verschieben sich so auch beim Pkw zugunsten der Brennstoffzelle und unter­streichen, dass Wasserstoff ein Kraftstoff der Zukunft ist.