Wasserstoffauto - Wie funktioniert ein Auto mit Brennstoffzelle?

So funktioniert ein Auto mit Brennstoffzelle und Wasserstoff

Ein Wasserstoffauto fährt genauso wie ein typisches Elektroauto mit Strom. Anders als beim Elektromobil müssen Wasserstoffautos den Strom aber nicht in Akkus oder Batterien an Bord speichern. Sie erzeugen ihn während der Fahrt selbst in einer Brennstoffzelle. Diese speist sich aus Wasserstoff – chemisch: H2 – als Energieträger und lässt ihn mit Sauerstoff als Oxidationsmittel reagieren. Bei dieser Reaktion entstehen Wasser, Wärme und Elektrizität, die dann einen Elektromotor antreiben kann.

Die Idee des Wasserstoffautos ist ähnlich wie die des Elektromobils rund zweihundert Jahre alt. In der Industrialisierung und bei der späteren Motorisierung dominierten anschliessend aber lange Zeit fossile Energieträger die Entwicklung. Erst mit den Jahren der Ölkrise wurden die alten Ideen weiter erforscht. Dabei galten Brennstoffzellen und Wasserstoffgas zuerst als die grossen Favoriten unter den alternativen Antrieben. Denn die Kombination hat einige praktische Vorteile.

Reichweite und andere Vorteile von Wasserstoffautos

Ein mit Wasserstoff betriebenes Auto ähnelt in vielen Punkten stark einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Das sind die Vorteile:

• Aktuelle Wasserstofffahrzeuge kommen 2020 auf Reichweiten zwischen 500 und 750 Kilometern.
• Ein kompletter Tankvorgang dauert nur etwa drei bis fünf Minuten und damit nur unwesentlich länger als ein Auftanken mit Benzin, Diesel oder Erdgas.
• Dabei liegt der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen und Wasserstoff etwa doppelt so hoch wie bei einem Verbrennungsmotor.
• Wasserstoffautos fahren emissionsfrei.
• Sie benötigen keine ressourcenintensiven und teuren Akkus.

Wo ein Wasserstoffauto seine Schwächen hat

Da Wasserstoff in der Natur auf der Erde kaum vorkommt, muss er gewonnen werden. Das geschieht durch Elektrolyse von Wasser, die dafür Strom benötigt. Strom aus erneuerbaren Energien macht die Herstellung CO2-neutral. Die Kapazitäten dafür sind aber noch sehr gering. Die deutschen Nachbarn beispielsweise waren 2019 gerade einmal in der Lage, etwa 200 Tonnen Wasserstoffgas pro Jahr zu produzieren. Diese Menge genügt aber nur für 2.000 Wasserstoffautos, die damit jeweils nicht mehr als 10.000 Kilometer fahren dürften.

Hinzu kommen aufwendiger Transport und Lagerung. Ein 20-Tonnen-Tankwagen kann vergleichsweise geringe 350 Kilogramm des Gases transportieren, während er dabei etwa 30 Liter Diesel pro 100 Kilometer verbraucht. An den Wasserstofftankstellen muss das Gas dann von Kompressoren mit rund 950 bar in spezielle Hochdrucktanks gepumpt werden. An dieser Stelle beginnt die bisher sehr gute Öko-Bilanz des Wasserstoffs zu kippen. Entsprechend dünn ist bisher das Netz von Tankstellen für ein Wasserstoffauto. 2019 gab es für ein Wasserstoffauto in der ganzen Schweiz gerade einmal zwei Wasserstofftankstellen. Das soll sich aber bald ändern. Bis 2023 planen sieben grosse Schweizer Unternehmen ein flächendeckendes Tankstellennetz. Der Plan erscheint nicht unrealistisch, denn die Gruppe verfügt bereits über rund 1.500 Tankstellen und etwa 1.700 geeignete Tankfahrzeuge.

Es muss sich allerdings noch mehr ändern – zum Beispiel das Angebot an Wasserstoffautos. Wenn Sie Anfang 2020 ein Wasserstoffauto kaufen wollten, hatten Sie hierzulande lediglich drei Modelle zur Auswahl: den kaum noch erhältlichen ix35 Fuel Cell und seinen Nachfolger Nexo Fuel Cell von Hyundai sowie die zweite Auflage des Toyota MIRAI. Wer sich schon bei Elektroautos an den hohen Anschaffungskosten stört, muss bei einem Wasserstoffauto erst recht die Zähne zusammenbeissen: Unter 80.000 Franken geht für ein Neufahrzeug gar nichts. Gebrauchte Brennstoffzellenautos gibt es praktisch überhaupt nicht auf dem Markt. In anderen Ländern sieht es nicht viel besser aus. In Japan und Kalifornien verkauft Honda noch ein weiteres Auto mit Wasserstoff beziehungsweise Brennstoffzelle. Mercedes bietet ausserdem einen GLC F-Cell in ausgewählten Ländern zur Full-Service-Miete an – jedoch nicht in der Schweiz.

Die Zukunft der Wasserstoffautos

Die Autoindustrie behandelt das Projekt Wasserstoffauto sehr stiefmütterlich, will es offenbar dennoch nicht vollständig aufgeben. Gleich eine ganze Reihe von Herstellern haben Prototypen oder Erprobungsfahrzeuge mit Brennstoffzelle. Immer wieder gibt es Gerüchte über neue Serienmodelle. Fakt ist andererseits auch: Angetrieben vom Tesla-Erfolg mit E-Autos konzentrieren sich Forschung und Entwicklung in der ganzen Branche nun vorwiegend auf Elektroautos. Alle arbeiten daran, deren grosse Schwächen – die Reichweite und die langen Ladezeiten an Ladestationen mit geringer Leistung – wettzumachen. Das kostet viele finanzielle und personelle Ressourcen, die im Bereich Brennstoffzelle und Wasserstoff fehlen.

Allerdings kann kein E-Auto-Hersteller die physikalischen Grenzen der derzeitigen Akku-Technologien vollständig aufheben. Haltbarkeit, Ladezeiten und Reichweiten bilden dabei Koordinaten mit engen Wechselbeziehungen. Keine dieser Koordinaten lässt sich beliebig verschieben und ausweiten, ohne dabei die anderen negativ zu beeinflussen. Mit mehr und günstigeren Wasserstoffautos sowie mehr Wasserstofftankstellen gibt es deswegen für Brennstoffzelle und Wasserstoffauto mit Sicherheit eine Zukunft. Denn die zukünftige Mobilität braucht auch Alternativen. Ansonsten begibt sie sich wie beim Öl schnell in die Abhängigkeit von einigen wenigen Rohstofflieferanten und hier zusätzlich von einem kleinen Kreis von Batterieherstellern. Der Wasserstoff kann dafür eine echte Alternative werden.

Wenn Sie sich trotz einiger Schwächen für ein Wasserstoffauto interessieren oder bereits ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle besitzen, gibt es einige spezialisierte Autowerkstätten oder Autogaragen, die Ihnen bei Fragen und Problemen sofort kompetent weiterhelfen. Finden Sie diese Experten für Brennstoffzelle und Wasserstoffauto in Ihrer Nähe gleich hier bei local.ch.

Häufige Fragen zum Thema Wasserstoffauto

Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

Diese Autos nutzen das Gas Wasserstoff oder H2 als Kraftstoff. Eine Brennstoffzelle im Auto gewinnt aus dem Gas in einer umgekehrten Elektrolyse elektrische Energie für den Antrieb eines Elektromotors. Das Wasserstoffauto zählt damit zu den Elektroautos, braucht aber nicht deren grosse Akkus. Lediglich kleine Batterien sind notwendig, die zum Ausgleich von Leistungsspitzen dienen oder ergänzend durch Bremsen entstehende Bewegungsenergie speichern.

Wie wird ein Auto mit Wasserstoff betankt?

Der Tankvorgang ähnelt stark dem normalen Tanken von Benzin oder Diesel. Wer schon einmal ein Auto mit Autogas beziehungsweise LPG betankt hat, stellt überhaupt keinen Unterschied fest. Zum Tanken wird ein spezieller Tankstutzen auf ein Tankventil unter dem Tankdeckel aufgesteckt und verriegelt. Dann pumpt die Tankanlage mit Hochdruck Wasserstoffgas in den Autotank. Ein Tankvorgang dauert etwa drei bis fünf Minuten.

Wie viele Wasserstofftankstellen gibt es?

In der Schweiz gab es zum Jahresbeginn 2020 nur zwei Tankstellen mit Wasserstoff. Bis 2023 sollen daraus gut 1.500 werden. Dafür will ein grosses Schweizer Konsortium sorgen. Bei Fahrten ins benachbarte Ausland müssen Sie geeignete Tankstellen ebenfalls lange suchen: In ganz Europa waren Ende des Jahres 2019 nur knapp über 100 dieser Tankstellen in Betrieb – davon 80 allein in Deutschland.

Wie viel günstiger ist das Fahren mit dem Brennstoffzellen-Auto?

Diese Autos verbrauchen auf 100 Kilometer etwa 0,75 Kilogramm Wasserstoffgas. Ein Kilo kostet durchschnittlich zehn bis elf Franken. Für 100 Kilometer Fahrt entstehen damit Kosten von 7,5 bis 8 Franken. Mit Superbenzin und durchschnittlichem Verbrauch werden hierfür an die 13 Franken fällig. Brennstoffzellenfahrzeuge sparen also leicht fünf Franken oder mehr auf 100 Kilometer – plus günstigere Wartung und kantonale Steuervergünstigungen.