Grundlagen Wasserstoff

Was ist das?

Wasserstoff (H2) ist ein Element, das im Universum mitunter am häufigsten vorkommt. Auf der Erde ist es in der Regel in Verbindung mit anderen Stoffen vorhanden, z.B. Wasser (H2O). Eine Besonderheit ist, dass Wasserstoff sehr energiehaltig ist und deshalb als Treibstoff in Frage kommt. Ein Kilogramm Wasserstoff hat in etwa den Energiegehalt von drei Litern Super-Benzin.

Ungebunden tritt Wasserstoff meist als flüchtiges Gas auf, das erheblich leichter ist als Luft. Für die Verwendung als Treibstoff muss es deshalb erst gewonnen und gespeichert werden. Die umweltfreundlichste Methode ist die sogenannte Elektrolyse. Dabei wird Wasser mit Hilfe von (grünem) Strom zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der verdampfende Wasserstoff wird aufgefangen und dann beispielsweise in Drucktanks gespeichert. Alternativ kühlt man das Gas auf -253 Grad Celsius herunter. Dann wechselt der Aggregatszustand von gasförmig zu flüssig. So kann noch mehr energiehaltiger Wasserstoff gesammelt werden.

Im Moment ist die sogenannte Dampfreformierung von Erdgas noch die günstigste Herstellungsmethode. Dieses Verfahren verbraucht allerdings fossile Brennstoffe und setzt obendrein noch CO2 frei. Deshalb gilt es als nicht umweltfreundlich.

Grundsätzlich wird Wasserstoff in Farben gegliedert, die zeigen, wie er gewonnen wurde:

Grün = Elektrolyse mit erneuerbaren Energien

Grau = aus fossilen Energieträgern, z.B. Erdgas

Blau = wie grau, aber mit Abscheidung und Speicherung des CO2

Türkis = thermische Spaltung von Methan

Langfristig werden Experten zufolge für den Verkehrssektor die Varianten grün und türkis relevant sein, vorausgesetzt, die Energie für die Verfahren wurde auf erneuerbarem Weg hergestellt.

Einsatz

Im Verkehrssektor liegt ein großer Fokus auf dem Einsatz von Wasserstoff in der Brennstoffzelle. Hier wird die Elektrolyse sozusagen umgekehrt: Mit Hilfe von Sauerstoff entstehen Wasser und Strom. Mit der gewonnenen Energie kann dann das Auto angetrieben werden. Beim ersten Brennstoffzellen-Lkw von Hyundai wird erst noch ein Akku geladen, welcher dann das Fahrzeug antreibt.

Eine weitere Möglichkeit ist, den Wasserstoff direkt zu verbrennen. Populäres Beispiel hierfür ist der Antrieb von Raketen. Im kommerziellen Verkehrsbereich spielt diese Variante allerdings keine Rolle. Es gibt aber Forschungsprojekte, die sich mit diesem Einsatz beschäftigen.

Bislang gibt es drei Speichermethoden, die im Verkehrsbereich eine Rolle spielen (werden): Drucktanks mit 350 bar (Lkw-Sektor), 700 bar (Pkw-Sektor) und sogenannte Kryo-Tanks, die flüssigen Wasserstoff speichern. Außerdem erproben Forscher die Speicherung in Feststoffen.

Wie teuer ist Wasserstoff?

Wasserstoff wird in Kilogramm abgerechnet. An H2-Mobility-Tankstellen in Deutschland kostet ein Kilogramm im Moment 9,50€ brutto. Das ist allerdings nur eine Momentaufnahme. Die Preisentwicklung wird in Zukunft wesentlich von Angebot und Nachfrage bestimmt sein und kann sich deshalb noch stark verändern

Wie viel Reichweite schafft Wasserstoff?

Aktuelle Wasserstoff-Pkw brauchen circa ein Kilo H2 pro 100 Kilometer und können ein paar Kilogramm in den Tanks aufnehmen. Das Problem, vor allem im Schwerlastbereich, ist das Volumen: Wasserstoff braucht viel Platz. Der aktuell in die Schweiz ausgelieferte Wasserstoff-Lkw XCient Fuel Cell von Hyundai kommt mit einer Tankladung (rund 32 kg bei 350 bar) ca. 400 Kilometer weit. Langfristig ist das Ziel, dass Lkw mit höherem Druck oder flüssigem Wasserstoff betankt werden und dann ähnliche Reichweiten wie Diesel-Zugmaschinen erreichen.

Welche Vorteile gibt es?

+ Wasserstoff bietet die Möglichkeit eines CO2-neutralen Antriebes

+ Wasserstoff ist in sehr großen Mengen auf der Welt vorhanden

+ Wasserstoff erzeugt keine Abgase und ist geruchsneutral

Welche Nachteile gibt es?

-      Schlechter Wirkungsgrad in der Gesamtheit (von Herstellung bis Antrieb in der Brennstoffzelle ca. 25%)

-      Das Tankstellennetz ist sehr klein

-      Um Wasserstoff CO2-neutral herzustellen sind enorme Mengen an umweltfreundlichem Strom nötig

-      Die Entwicklung der Fahrzeuge steht erst am Anfang