Sie gelten als eine Sonderklasse unter den Elektroautos – die Brennstoffzellen-Fahrzeuge oder auf Englisch „Fuel-Cell Electric Vehicle (FCEV)“ genannt. Um es noch ein wenig komplizierter zu machen heißen diese Fahrzeuge auch Wasserstoff-Autos. Das liegt an dem ‚Treibstoff‘, denn die Fahrzeuge sind mit Wasserstofftanks ausgerüstet.
Wir erklären hier den Hintergrund zur Brennstoffzellen Mobilität und geben Antworten zu den wichtigsten Fragen aus Sicht des Fahrzeugkäufers oder Flottenbetreibers. Wasserstofffahrzeuge – wie funktionierts?
Warum haben wir mit Wasserstoff-Autos eine weitere Klasse unter den Pkw?
Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind sauber unterwegs und erreichen dennoch Reichweiten, die mit den Fahrzeugen mit Verbrennermotor vergleichbar sind. Genau das ist ja das Ziel der innovativen Automobilhersteller: sauber unterwegs zu sein mit einer großen Reichweite. Wasserstoff-Mobilität erfüllt genau diese Ansprüche. Eine saubere und leise Elektromobilität mit gewohntem Komfort – tanken in drei Minuten für Reichweiten von 500-750 Kilometer.
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff hat die chemische Kurzformel H2 und gilt als das älteste, einfachste und häufigste Element im Universum. Er ist farb- und geruchlos und unter normalen Bedingungen gasförmig und leichter als Luft. Wasserstoff kommt in der Natur nur in gebundener Form vor. In der industriellen Anwendung ist Wasserstoff seit langer Zeit genutzt. Als Kraftstoff für Fahrzeuge ist Wasserstoff für uns noch recht neu.
Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?
Im Namen der Brennstoffzellen-Fahrzeuge ist der Begriff Brennstoffzelle enthalten. Sie wandelt einen Brennstoff in elektrische Energie um. Mit dem hieraus gewonnenen Strom kann dann ein Elektromotor angetrieben werden.
Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind also verkürzt gesagt Elektrofahrzeuge mit zwei Abweichungen. Einerseits ist eine Brennstoffzelle samt 700 bar Wasserstofftank im Fahrzeug verbaut. Sie erzeugt den Strom für den Antrieb während der Fahrt.
Andererseits benötigen die Elektrofahrzeuge übliche relative eine große Batterie – und diese ist deutlich kleiner bei Brennstoffzellenfahrzeugen. Sie hat in Brennstoffzellenfahrzeugen anders, denn sie fungiert lediglich als Zwischenspeicher und deckt Lastspitzen wie etwa beim Beschleunigen der trägeren Brennstoffzelle ab. Sie wird weiterhin für die Aufnahme der Rekuperationsenergie genutzt, das heißt sie speichert die beim Bremsen entstehende Bewegungsenergie.
Und wie entsteht jetzt elektrischer Strom aus Wasserstoff?
Durch die Umkehr der Elektrolyse erzeugt die Brennstoffzelle aus Wasserstoff elektrischen Strom. Hierbei reagieren Wasserstoff und Luftsauerstoff zu Wasser. Sie geben dabei elektrische Energie und Wärme ab. In einem elektrochemischen Prozess wird chemische Bindungsenergie in elektrische Energie umgewandelt, die dann wiederum einen Elektromotor antreiben kann.
In der Kurzfassung sorgt der getankte Wasserstoff im Fahrzeug dank Umkehr der Elektrolyse für elektrische Energie. Ich benötige also Wasserstoff für mein Brennstoffzellenauto.
Wie betanke ich ein Fahrzeug mit Wasserstoff?
Ein Wasserstoffauto wird grundsätzlich wie ein Verbrennerfahrzeug mit Benzin getankt. Tankklappe auf, Zapfventil ran, fertig. Der große Unterschied besteht im Aggregatzustand, denn der Wasserstoff, den wir in das Auto einfüllen, ist nicht flüssig, sondern gasförmig. Durch die hohe Verdichtung dauert ein durchschnittlicher Tankvorgang lediglich drei Minuten.
Die Speicher von Brennstoffzellen-Fahrzeugen sind im Vergleich zu den herkömmlichen Benzin- und Dieseltanks aufwendiger konstruiert. In den Fahrzeuge werden extra isolierte und doppelwandige Tanks eingebaut. Der Grund dafür ist, dass der Wasserstoff entweder gasförmig unter hohem Druck (350 bar oder 700 bar), oder flüssig mit minus 253 Grad Celsius gespeichert wird. Somit wird eine sehr hohe Energiedichte erreicht.
Ist ein Wasserstoffauto und seine Betankung sicher?
Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb sind genauso sicher wie konventionelle Verkehrsmittel. Diverse Crashtests und Versuchsreihen von Dekra, TÜV & Co. zeigten das in mehreren 100.000 Betankungen. Per intelligenter Infrarot-Schnittstelle werden Füllstand, Druck und Temperatur automatisch kommuniziert und kontrolliert.
Welche Emissionen entstehen bei Brennstoffzellen Fahrzeugen?
Die Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb sind beinahe komplett klimaneutral und emissionsfrei. Der elektrochemische Prozess geschieht lokal emissionsfrei. Es entsteht als Abfallprodukt der chemischen Reaktion Wasser und Wärme. Der leise, leistungsstarke Elektromotor treibt also das Fahrzeug an und setzt keine klimaschädlichen oder giftigen Emissionen frei. Wurde der Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugt sind es wahre Null-Emissionen-Fahrzeuge.
Wie kann ich an den Wasserstofftankstellen tanken?
Bis auf eine Wasserstoff Tankstelle am Industriepark in Frankfurt-Höchst benötigt man in Deutschland für das Tanken von Wasserstoff eine besondere Karte. Ich habe mir vor wenigen Tagen eine solche Karte bestellt und sie prompt heute erhalten. Schnell und unkompliziert, mit einer netten Erklärung dazu. Die Karte ist sofort aktiv und kann über einen 4-stelligen PIN-Code bedient werden.
Die persönliche H2.LIVE/CARD ist Voraussetzung für das Wasserstofftanken an allen öffentlichen Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland. Mit der Tankkarte kann man sich am Tankterminal authentifizieren. Die Karte weist gleichzeitig die Betankungsdaten im Abrechnungsprozess zu.
Wie bezahle ich meinen getankten Wasserstoff?
Der in Deutschland getankte Wasserstoff wird summiert und monatlich per Rechnung an die Adressdaten der H2.LIVE/CARD postalisch oder per Mail zugestellt. Neben Überweisung geht auch die Zahlung per Lastschrift. Es ist also kein Besuch mehr im Tankstellenshop notwendig. Das ist auch einer der Gründe, weshalb die Wasserstoff Zapfsäulen in der Regel etwas entfernter zum Tankstellenshop sind, so zum Beispiel gesehen bei Hoffenheim an der A81.
Was kostet ein Tank Wasserstoff?
Wasserstoff wird in Kilo abgerechnet. Der Preis für ein Kilogramm Wasserstoff ist derzeit an allen öffentlichen H2-Tankstellen in Deutschland auf 9,50 Euro (brutto) festgesetzt. Dieses haben die Partner von H2 Mobility so festgesetzt. Was heißt das jetzt im Vergleich zu den Benzinern?
Ein Brennstoffzellenfahrzeug hat einen durchschnittlichen Verbrauch von ca. ein Kilogramm Wasserstoff auf 100 km und erzeugt somit Kosten von 9,50 Euro. Die Kraftstoffkosten sind also vergleichbar mit denen für einen durchschnittlichen Benziner bei einem Verbrauch von sieben Litern.
Dennoch wäre für den langfristigen Erfolg ein deutliches Senken dieser derzeit künstlich festgesetzten 9,50 Euro für ein Kilogram sinnvoll. Ich habe jüngst bei einer Rede von Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer bei der Eröffnung der Transport Logistik Messe in München genau diesen Aspekt herausgehört. Scheuer spricht sich für deutlich niedrigere Kosten für den Bezug von Wasserstoff aus.
Was spricht gegen Wasserstoffautos?
Wasserstoff ist für viele ein Hoffnungsträger als Teil der Strategie, saubere Antriebe in Pkw, aber auch in Nutzfahrzeugen zu bauen. Es gibt jedoch Kritik an der Nutzung von Wasserstoff, insbesondere in Autos. Diese Kritik und zusätzliche Informationen hierzu haben wir in einem gesonderten Beitrag zusammengefasst.
Sind Brennstoffzellenautos etwas Neues?
Mercedes-Benz hat bereits im Jahr 1994 sein erstes Brennstoffzellenfahrzeug vorgestellt – den Mercedes-Benz NECAR 1. Viele weitere Fahrzeuge folgten, bis hin zur A-Klasse F-CELL Flotte im Jahr 2003. In 2011 gelang beim F-CELL World Drive die erste Weltumrundung mit Brennstoffzellenfahrzeugen.