E‑Mobilität ist nicht nur Batterie, E‑Mobilität ist auch Brenn­stoff­zelle. Für die braucht man Wasser­stoff (Erdgas würde auch gehen, doch ist das nicht rege­ne­rativ). In der Mobilität könnte man den Wasser­stoff auch verbrennen. Versuche dazu gab es reichlich.

Erste Über­le­gungen dazu sind bereits 200 Jahre alt. BMW war später Vorreiter mit dem Hydrogen 7, gab den Versuch jedoch auf, da die Diffu­si­ons­ver­luste im Tank zu hoch waren. Und wer verliert schon Geld durch Treibstoffflüchtigkeit.

Wissen­schaftler aus Graz sind nun der Frage nach­ge­gangen, was denn effi­zi­enter sei – den Wasser­stoff via Verbrenner zu verbrennen oder per Brenn­stoff­zelle in Strom und damit in Antriebs­en­ergie umzu­wandeln. Sie kamen zu folgenden Schlüssen:

H2 für Verbrennungsmotor

Vorteile

• Viel­stoff­tauglich, also auch Gemische mit Erd- und Biogas
• Biva­lenter Betrieb möglich
• Retrofit möglich
• Robust und Kostengünstig
• Fertigungs/​Fahrzeugstruktur mit > 1 Mrd. Fahrzeugen

Nachteile

• Limi­tierter Wirkungsgrad
• Nicht voll­ständig Schadstofffrei
• Reich­weite mit H2 Speicher eingeschränkt
• Geräusch­emission entspre­chend Benzin-VKM

H2 für Auto-Brennstoffzelle

Vorteile

• Hoher Wirkungsgrad (nicht durch Carnot­prozess begrenzt)
• Lokal Emis­si­onsfrei (Tank to Wheel)
• Keine bewegten Teile, Lärmarm

Nachteile

• Kosten (zunächst) enorm hoch
• Infra­struk­tur­ab­hän­gigkeit (H2 Versorgung) derzeit sehr hoch
• Lebens­dauer ungewiß
• H2 Erzeugung entscheidend für Well to Wheel

Für die Verbrennung spricht also die vorhandene Infra­struktur und die vorhandene Tech­no­logie des Verbrenners, da der Wasser­stoff hier grund­sätzlich im biva­lentem Betrieb verbraucht wird. Das ist sowohl für Diesel als auch für Benzin möglich. Der große Nachteil ist der jedes Verbren­nungs­motors – der geringe Wirkungsgrad.

Für die Brenn­stoff­zelle ist es genau anders herum. Hier fehlt die Infra­struktur so gut wie komplett, auf der anderen Seite ist die Effizienz unschlagbar gut für den Verkehrssektor.

Dabei wäre das Infra­struk­tur­problem zu lösen, wenn die Brenn­stoff­zellen statt Wasser­stoff mit Erdgas betankt würden. Dafür exis­tieren allein in Deutschland gut 900 Tank­stellen. Doch ist dies weder von der Industrie noch von der Politik gewollt, da auch im Verkehrs­sektor Emis­si­ons­freiheit ange­strebt wird. Und der wäre mit Erdgas nicht zu haben. Es sei denn, man tankt reines Biogas.

Die Wissen­schaftler sehen noch weiter Problem­felder, die Wasser­stoff als Treib­stoff prägen:

• Wesent­licher Einfluß der gesetz­lichen Rahmen­be­din­gungen (CO2-​Steuer, Emis­si­ons­ge­setze, Verkehrs­be­schrän­kungen) auf die Entwicklung von Fahr­zeug­an­trieben (Benzin/​Diesel/​Gas, Plug-​In Hybrid‑, Batterieelektrische- und Brennstoffzellenantriebe)
• 
  Vielfalt der Antriebs­kon­zepte wird steigen, keine Konvergenz absehbar
• 
  Umwelt­bilanz (v.a. CO2 Potenzial) von Wasser­stoff­an­trieben extrem abhängig von dessen Bereitstellung
• 
  Vorteile der Brenn­stoff­zelle entsprechen denen von E‑Antrieben, zusätz­liche Vorteile durch Reich­weite und Betan­kungs­zeiten vergleichbar Verbrenner
• Kosten Brenn­stoff­zelle für Massen­markt derzeit nicht konkurrenzfähig
• Wasser­stoff im Verbrenner limitiert im Wirkungsgrad, aber Vorteil der Viel­stoff­fä­higkeit der VKM – diese könnte als Brücken­tech­no­logie insbes. Erdgas-​Wasserstoff Gemische verar­beiten, die in bestehender Erdgas-​Infrastruktur gespei­chert, trans­por­tiert und verteilt werden könnten

Die hier vorge­stellten Ergeb­nisse fußen auf den Arbeiten der Wissen­schaftler Helmut Eichl­seder, Claus Matzer, Martin Rexeis vom Institut für Verbren­nungs­kraft­ma­schinen und Ther­mo­dy­namik, Tech­nische Univer­sität Graz; und Manfred Klell, Alexander Trattner, HyCentA Graz

Ein Vortrag zu dem Thema findet sich hier.

Der aktuelle Refe­ren­ten­entwurf des EEG 2016, der auch die Zukunft von Biogas als möglichen Mobilitäts-​Kraftstoff beinhaltet, findet sich hier bei Energieblogger-​Kollegen Daniel Bannasch auf seinem Blog Metro­pol­solar.