Die Mobilitätswende ist in vollem Gange, und während Elektroautos aktuell im Fokus stehen, gewinnt auch ein weiterer alternativer Antrieb zunehmend an Bedeutung: Wasserstoff. Als potenziell unerschöpfliche, saubere Energiequelle bietet Wasserstoff einige Vorteile gegenüber herkömmlichen fossilen Brennstoffen und batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen. Doch wie funktioniert der Wasserstoffantrieb genau, und welche Rolle könnte er in der Mobilität der Zukunft spielen?
Wie funktioniert ein Wasserstoffantrieb?
Wasserstoff als Kraftstoff wird in sogenannten Brennstoffzellen verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen. Dabei wird Wasserstoff (H₂) mit Sauerstoff (O₂) aus der Umgebungsluft kombiniert, wodurch elektrische Energie, Wärme und reines Wasser entstehen. Dieser Prozess wird kalte Verbrennung genannt, da er im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren keine fossilen Brennstoffe verbrennt und somit keine klimaschädlichen CO₂-Emissionen produziert.
In Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb wird der durch die chemische Reaktion erzeugte Strom verwendet, um einen Elektromotor anzutreiben. Dies bedeutet, dass ein Wasserstofffahrzeug im Grunde genommen ein Elektroauto ist – mit dem Unterschied, dass die Energie nicht aus einer großen Batterie, sondern direkt aus Wasserstoff gewonnen wird.
Vorteile von Wasserstoff als Kraftstoff
Wasserstoff bietet einige bemerkenswerte Vorteile, die ihn zu einem ernsthaften Konkurrenten in der zukünftigen Mobilität machen könnten:
1. Emissionsfreie Mobilität: Der größte Vorteil von Wasserstoffantrieben liegt in der Umweltfreundlichkeit. Beim Betrieb eines Brennstoffzellenfahrzeugs entstehen keine CO₂-Emissionen – das einzige Abfallprodukt ist reines Wasser. Dies macht Wasserstofffahrzeuge zu einer potenziell sehr nachhaltigen Option, insbesondere in Kombination mit erneuerbaren Energien.
2. Schnelles Tanken: Im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektroautos, die oft Stunden benötigen, um vollständig aufgeladen zu werden, dauert das Tanken von Wasserstoff nur wenige Minuten. Dies ähnelt dem Tankvorgang bei konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren und könnte die Akzeptanz bei Fahrern erhöhen, die eine schnelle Betankung bevorzugen.
3. Hohe Reichweiten: Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb bieten in der Regel höhere Reichweiten als batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. Einige Modelle, wie der Toyota Mirai oder der Hyundai Nexo, erreichen Reichweiten von über 600 Kilometern mit einer einzigen Tankfüllung. Dies macht sie besonders attraktiv für Langstreckenfahrer und den Schwerlastverkehr.
4. Vielseitigkeit: Wasserstoff ist nicht nur für Pkw interessant, sondern auch für viele andere Anwendungsbereiche. Im Schwerlastverkehr, in Bussen, Zügen, Schiffen und sogar Flugzeugen könnte Wasserstoff eine zentrale Rolle spielen, da er dort die Vorteile von langen Reichweiten und kurzen Betankungszeiten kombiniert.
Herausforderungen der Wasserstofftechnologie
Trotz seiner vielversprechenden Eigenschaften gibt es auch einige Herausforderungen, die den Durchbruch von Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft bislang verlangsamen:
1. Hohe Produktionskosten: Die Herstellung von Wasserstoff ist derzeit noch relativ teuer. Am umweltfreundlichsten ist sogenannter grüner Wasserstoff, der durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen wird, wobei Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne genutzt wird. Allerdings ist dieser Prozess energieintensiv, und die dafür notwendige Infrastruktur steht noch am Anfang.
2. Infrastrukturmangel: Im Gegensatz zu der stetig wachsenden Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Wasserstofftankstellen. In Deutschland beispielsweise gibt es aktuell rund 100 Tankstellen, weltweit sind es etwa 600. Um Wasserstoff zu einer echten Alternative im Straßenverkehr zu machen, ist ein massiver Ausbau der Infrastruktur erforderlich.
3. Effizienzverluste: Bei der Nutzung von Wasserstoff entstehen Effizienzverluste. Die Umwandlung von Strom in Wasserstoff (durch Elektrolyse) und dann wieder in elektrische Energie in der Brennstoffzelle ist weniger effizient als das direkte Laden einer Batterie. Deshalb wird oft argumentiert, dass die direkte Elektrifizierung von Fahrzeugen (wie bei batteriebetriebenen Elektroautos) energetisch günstiger ist.
4. Speicherung und Transport: Wasserstoff ist ein leichtes, aber sehr flüchtiges Gas. Um ihn effizient zu speichern und zu transportieren, muss er unter hohem Druck (bis zu 700 Bar) oder in flüssiger Form bei sehr niedrigen Temperaturen (-253 °C) gelagert werden. Dies macht den Transport und die Lagerung von Wasserstoff zu einer technischen und logistischen Herausforderung.
Wasserstoff in der Praxis: Aktuelle Entwicklungen
Trotz der genannten Herausforderungen investieren viele Länder und Unternehmen weltweit in die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie. Staaten wie Japan, Südkorea und Deutschland haben umfangreiche Wasserstoffstrategien verabschiedet und unterstützen den Ausbau der Infrastruktur sowie die Forschung und Entwicklung.
Einige Automobilhersteller haben bereits Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb auf den Markt gebracht. Der Toyota Mirai gilt als eines der Pionierfahrzeuge und wurde 2014 erstmals vorgestellt. Auch Hyundai hat mit dem Nexo ein Brennstoffzellenfahrzeug im Angebot, das seit 2018 verfügbar ist. Beide Modelle zeigen, dass die Technologie bereits ausgereift ist und im Alltag genutzt werden kann.
Zudem gibt es vielversprechende Projekte im Schwerlastverkehr. Nikola und Hyundai arbeiten an wasserstoffbetriebenen Lkw, die besonders für lange Strecken und den Güterverkehr geeignet sind. Auch der Schienenverkehr setzt zunehmend auf Wasserstoff: In Deutschland verkehren seit 2018 die ersten wasserstoffbetriebenen Züge des Herstellers Alstom.
Die Zukunft von Wasserstoff als Kraftstoff
In der Zukunft könnte Wasserstoff eine entscheidende Rolle in der globalen Energiewende spielen. Besonders in Bereichen, in denen Batterien an ihre Grenzen stoßen – etwa im Schwerlastverkehr, bei Schiffen oder in der Industrie – bietet Wasserstoff vielversprechende Lösungen. Auch in Regionen, in denen erneuerbare Energien in großem Umfang verfügbar sind, könnte überschüssiger Strom zur Produktion von grünem Wasserstoff verwendet werden, der dann als Energiespeicher dient.
Allerdings wird es wahrscheinlich noch einige Jahre dauern, bis Wasserstoff eine ähnliche Verbreitung wie batteriebetriebene Elektrofahrzeuge erreicht. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Weiterentwicklung der Infrastruktur und der Senkung der Produktionskosten für grünen Wasserstoff.
Wasserstoff bietet als Kraftstoff der Zukunft viele Vorteile: Er ist emissionsfrei, vielseitig einsetzbar und ermöglicht schnelle Tankvorgänge sowie hohe Reichweiten. Gleichzeitig stehen die Technologie und die Infrastruktur noch vor einigen Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt.
Trotz dieser Hindernisse investieren zahlreiche Länder und Unternehmen in die Wasserstoffwirtschaft und treiben die Entwicklung voran. In Kombination mit anderen alternativen Antrieben könnte Wasserstoff eine bedeutende Rolle in der Mobilitätswende spielen – insbesondere in den Bereichen, wo Batterien an ihre Grenzen stoßen.
Die Mobilität der Zukunft wird zweifellos vielseitig sein, und Wasserstoff hat das Potenzial, eine tragende Säule dieser neuen Ära zu werden.