Wasserstoff-Brennstoffzelle ist effizeint, aber die Infrastruktur steckt in den Kinderschuhen. Foto: US Navy

Wasser­stoff im Auto: Verbrenner oder Brennstoffzelle?

von | 30. Juni 2016

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.

Frank Urbansky

Freier Jour­na­list und Fach­au­tor, unter anderem für die Fach­ma­ga­zine und Portale Brenn­stoff­spie­gel, Uniti; DW Die Woh­nungs­wirt­schaft und Immo­bi­li­en­wirt­schaft; Haufe-Lexware; Energie&Management; IVV, Huss Medien; Motor­tech­ni­sche Zeit­schrift und Sprin­ger­Pro­fes­sio­nal; Sprin­ger Fachverlag; SHK Profi und tab, Bau­ver­lag; stadt+werk, k21

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