Wasserstoffantrieb

Ein Wasserstoffantrieb basiert auf der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger, wodurch etwas vereinfacht dargestellt ein Elektromotor angetrieben wird. Die Technologie gilt neben der Batterietechnik als wesentlicher Pfeiler in der Mobilitätswende, erste wasserstoffbetriebene Autos sind bereits im Einsatz. Bis zum großflächigen Einsatz gilt es aber noch einige Herausforderungen wie zum Beispiel die emissionsfreie Wasserstoffherstellung zu meistern.

Wie funktioniert ein Wasserstoffantrieb?

Taktgebend für einen Wasserstoffantrieb ist die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff. Dadurch entsteht eine große Menge an Wärme und Energie. Letztere wird dann in Form von Elektrizität für den Antrieb des Motors genutzt. Als Abfallprodukt dieser Reaktion entsteht anstelle von CO2 Wasser. Zwar ist die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff gemeinhin als „Knallgasreaktion“ bekannt, in der Brennstoffzelle verläuft dieser Prozess jedoch kontrolliert und nicht explosionsartig.

Wasserstoff fungiert in diesem System als „Kraftstoff“, während Sauerstoff die Rolle des Oxidationsmittels einnimmt, ohne den der Wasserstoffantrieb nicht funktionieren würde. Etwas vereinfacht gesagt, handelt es sich um einen Elektroantrieb, der die Energie selbst herstellt und ohne Speichermedium wie eine Batterie auskommt.

 

Wie wird Wasserstoff erzeugt?

Da Wasserstoff auf der Erde praktisch nur in gebundener Form vorkommt, kann er im engeren Sinne nicht abgebaut oder gefördert werden. Vielmehr muss er durch Abspaltung aus komplexeren Molekülen gewonnen werden. Aktuell wird Wasserstoff v. a. durch die sogenannte Reformierung von Erdgas hergestellt. Das bedeutet, dem Erdgas wird Wasserdampf hinzugefügt. Dabei entsteht eine chemische Reaktion, deren Produkte CO2 und Wasserstoff sind.

Beim eigentlichen Wasserstoffantrieb fallen keine Treibhausgasemissionen an, bei der Erdgas-gestützten Herstellung hingegen schon. Letztere ist weiterhin von Energieträgern – in diesem Fall Erdgas – abhängig. Auf diese Weise erzeugter Wasserstoff wird als grauer oder schwarzer Wasserstoff bezeichnet.

Demgegenüber steht der sogenannte grüne Wasserstoff, dessen Erzeugung gänzlich ohne fossile Rohstoffe auskommt und daher als Energieträger der Zukunft gesehen wird. Die Gewinnung erfolgt mittels Elektrolyse. Dabei wird der Wasserstoff mithilfe elektrischer Energie vom Wasser abgespalten und gespeichert. Der dafür notwendige Strom stammt aus erneuerbaren Energien wie Wind- oder Sonnenenergie. Als einziges Abfallprodukt entsteht Sauerstoff, der entweder genutzt oder folgenlos in die Umwelt entlassen werden kann.

 

Vor welchen Herausforderungen steht die Automobilindustrie bei dem Einsatz der Wasserstofftechnologie?

Sowohl der eigentliche Wasserstoffantrieb als auch die Wasserstofferzeugung sind technisch längst möglich. Die Herausforderung liegt darin, diese Technologie großflächig einsetzbar zu machen. Um tatsächlich umweltfreundlich zu sein, muss ausreichend grüner Wasserstoff hergestellt und transportiert werden können. Limitierend ist dabei hierzulande das begrenzte Potenzial für den Ausbau erneuerbarer Energien. Darüber hinaus ist die Elektrolyse ein verhältnismäßig teures Verfahren.

Kostspielig ist zudem die Herstellung von Brennstoffzellen, da hierfür Platin notwendig ist - ein Metall, das bekanntermaßen teurer als Gold ist. Derzeit laufen intensive Forschungen, wie der Platinbedarf gesenkt und das Material recycelt werden kann. In diesem Zusammenhang wird auch untersucht, inwiefern das viel günstigere Kupfer als Material für Brennstoffzellen geeignet ist. Zudem muss ein ausreichendes Netz an Wasserstofftankstellen aufgebaut werden, von denen es deutschlandweit aktuell lediglich 91 gibt 1.

 

Welche Chancen bietet die Wasserstofftechnologie für die Automobilindustrie?

Die Wasserstofftechnologie bietet der Automobilindustrie die Chance, ihren CO2-Ausstoß zu reduzieren und perspektivisch vollständig zu beenden, schließlich ermöglicht diese Antriebsform ein emissionsfreies Fahren. Anders als bei der Elektromobilität ist der Einbau schwergewichtiger Batterien obsolet und die Reichweite wasserstoffbetriebener Fahrzeuge höher.

Das Auftanken eines Pkws dauert zwischen drei und fünf Minuten und ist damit deutlich schneller als das Aufladen eines E-Autos. Neben den ökologischen Aspekten wird die Wasserstofftechnologie von der Öffentlichkeit häufig viel eher als nachhaltige Zukunftstechnologie akzeptiert als die immer noch sehr umstrittene Elektromobilität, wenngleich sich Letztgenannte in den nächsten zehn Jahren deutlich verbreiten wird.

 

Wie sorgt der Wasserstoffantrieb für mehr Nachhaltigkeit?

In Form von grünem Wasserstoff handelt es sich um eine überaus nachhaltige, emissionsfreie Antriebstechnologie. Als Rohstoffe kommen Wasser und Strom aus erneuerbaren Energien zur Anwendung, die beide in praktisch unbegrenzter Menge vorhanden sind. Lässt sich das Problem des Platinbedarfs für Brennstoffzellen durch Recycling und alternative Metalle lösen, entfällt ein umweltschädlicher Abbau von Platin und die eingesetzten Werkstoffe werden wiederverwertet. Aufgrund ihrer umweltfreundlichen Eigenschaften wird die Wasserstofftechnologie neben erneuerbaren Energien, Energieeffizienz und Elektrifizierung als vierte Säule der Energiewende betrachtet.

Neben der Nutzung von Wasserstoff für Pkws ist auch der Lkw-Verkehr ein potenzielles Einsatzgebiet für den Wasserstoffantrieb, ebenso wie der ÖPNV in Form von Wasserstoffbussen. Insgesamt entfallen bei der Wasserstofftechnologie etwaige Probleme der Batterieproduktion wie umweltschädliche Rohstoffgewinnung oder Entsorgung. Zur Nachhaltigkeit trägt zudem der mit bis zu 65 Prozent durchaus hohe Wirkungsgrad der Brennstoffzelle bei, der in etwa doppelt so hoch ist wie beim Verbrennungsmotor.

 

Welche Berufe sind an der Entwicklung von Wasserstoffantrieben beteiligt?

Zunächst sind an der Entwicklung von Wasserstoffantrieben Maschinenbauer und Elektrotechniker beteiligt, die über eine entsprechende Spezialisierung verfügen. Unternehmen und Hochschulen bieten zunehmend Weiterbildungen im Bereich Wasserstofftechnologie und Brennstoffzellen an. Fachleute im Bereich Elektrochemie und Galvanotechnik sind ebenfalls maßgeblich am Entwicklungs- und Konstruktionsprozess dieser Technologie beteiligt. Auch für spezialisierte Chemiker und Physiker bietet die Wasserstoffmobilität attraktive Jobmöglichkeiten. Für den späteren Einbau und die Wartung sind Berufe aus dem Bereich Montage, Konstruktion und Service gefragt, wobei hier auch eine entsprechende Fokussierung auf den Bereich Wasserstofftechnik vorhanden sein sollte.

 

Referenzen

  1. Martin Kordes. Anzahl der Wasserstofftankstellen in Deutschland von 2018 bis 2021. Statista. Veröffentlichungsdatum: 04.06.2021, Abrufdatum. 22.09.2021 (Link)