20.10.20 Über Sinn und Unsinn der Brennstoffzellen-Technologie Hans-Joachim Ziegler • 8 min.

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Zusammenfassung

Spätestens seit die Bundesregierung Mitte 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie auf den Weg gebracht hat, geistert das Brennstoffzellen-Auto wieder vermehrt durch deutsche Medien. Weil dabei auch viel an missverständlichem Halbwissen verbreitet wird, wirft Debate.Energy einen unverklärten Blick auf die Technologie und ihre möglichen Anwendungsgebiete: Welche Vor- und Nachteile hat die Brennstoffzelle gegenüber dem gängigen Elektroantrieb? Und welche Rolle wird sie auf unserem Weg in eine klimaneutrale Zukunft spielen?

Wer ein Brennstoffzellen-Auto sehen will, der sollte dafür lieber nicht aus dem Fenster gucken. Zwar sind solche Fahrzeuge leicht identifizierbar – sie sind fast immer entweder ein Toyota Mirai oder ein Hyundai Nexo – doch gibt es in Deutschland weniger als 500 davon (Stand 2019). Weltweit sind es gerade mal 15.000. Viel bessere Chancen auf eine Sichtung hat man dagegen, wenn man den Fernseher anmacht. In den Medien wird diese Technologie seit Jahren regelmäßig als vielversprechende Alternative zum Elektrofahrzeug diskutiert.

Mitte der Neunzigerjahre, als die deutsche Autoindustrie die Brennstoffzelle für die Zukunft der Mobilität hielt, hatte das auch seine Berechtigung. Inzwischen ist von diesem Enthusiasmus jedoch nicht mehr viel zu spüren. VW-Chef Herbert Diess nannte entsprechende Vorstöße des Konkurrenten BMW berühmterweise „Unsinn“. Und auch darauf, dass neue Modelle mit dieser Technologie in Serie gehen, kann man hierzulande lange warten. Nicht ohne Grund schrieb USA Today Ende 2019: „Der Traum von der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist für den PKW-Markt so gut wie tot.

Was ist ein Brennstoffzellen-Fahrzeug überhaupt?

Um gleich zu Beginn ein verbreitetes Missverständnis auszuräumen: Auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind Elektrofahrzeuge. Der Unterschied liegt lediglich darin, dass erstere ihren Strom während der Fahrt selbst aus Wasserstoff erzeugen und nur für kurze Zeit in einer kleinen Batterie zwischenspeichern, statt ihn direkt aus der Steckdose zu beziehen. So gesehen ist das Brennstoffzellen-Fahrzeug also ein E-Mobil, welches sein eigenes Gaskraftwerk mit sich herumträgt.

Dieser Umstand bringt gewisse Vorteile mit sich. Zum einen hat die Herstellung solcher Antriebe eine bessere CO2-Bilanz als dies aktuell bei reinen Elektroantrieben der Fall ist. Darüberhinaus lassen sich Wasserstoff-Fahrzeuge schneller betanken als E-Autos, deren vergleichsweise langen Ladezeiten oft als entscheidender Mangel aufgeführt werden. Und nicht zuletzt besticht die Brennstoffzelle momentan noch durch eine etwas größere Reichweite.

Die Nachteile von Brennstoffzellen-PKWs überwiegen

Es gibt jedoch einige gewichtige Punkte, die gegen den Einsatz der Technologie in Pkws sprechen. Prof. Dr. Martin Doppelbauer vom Karlsruher Institut für Technologie nennt die unverhältnismäßig hohen Kosten für den Aufbau einer entsprechenden Liefer- und Tankstelleninfrastruktur. Denn nicht nur müsste man hier fast bei Null anfangen – nur 87 entsprechende Tankstellen gab es Anfang 2020 in Deutschland, 134 in ganz Europa. Die Infrastruktur müsste aufgrund der niedrigeren Energiedichte von Wasserstoff auch „nahezu doppelt so groß“ angelegt sein.

Ein Platzproblem erzeugt Wasserstoff auch im Pkw selbst, weil Brennstoffzellen-System und Tank im Vergleich zum E-Antrieb extrem sperrig sind. „Vereinfacht kann man sagen, dass batterieelektrische Fahrzeuge rund eine Fahrzeugklasse mehr Platz im Inneren bieten als gleich große Verbrenner, Brennstoffzellenfahrzeuge jedoch eine Klasse weniger“, so das Fazit des Wissenschaftlers. Und daran wird sich wahrscheinlich nur wenig ändern, weil der Unterschied „weitgehend durch die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff bedingt“ ist.

Als wichtigstes Argument gegen den Einsatz von Brennstoffzellen in PKWs gilt jedoch deren niedrigere Effizienz. Bei der Umwandlung von einer Art Energie in eine andere geht grundsätzlich ein gewisser Prozentsatz verloren. Weniger Umwandlungen bedeuten darum in der Regel auch eine höhere Effizienz. Beim reinen E-Fahrzeug wird nun zum Beispiel die Bewegungsenergie eines Windrads in elektrische Energie übersetzt, welche bei der Fahrt wiederum in Beschleunigung umgewandelt wird.

Beim Wasserstoff-Auto geht der Strom aus dem Kraftwerk dagegen einen Umweg: Statt direkt das Auto zu powern, wird damit erstmal eine Elektrolyse betrieben, die aus Wasser Wasserstoff gewinnt. Letzterer wird im Auto wieder zu Strom zurückverwandelt, der dann die Reifen in Bewegung versetzt. Als Resultat legt ein Wasserstoff-Auto mit derselben Ausgangsenergie – je nach Rechnungsweise – nur ein Drittel oder sogar weniger als ein Fünftel des Weges zurück, den ein E-Auto schafft. So rechnet Doppelbauer aus, „dass der Strombedarf für den Wasserstoffbetrieb aller 47 Mio. Pkws in Deutschland rund 1,5-fach größer ist als die gesamte heutige Stromproduktion.“

Das wäre natürlich alles nicht so schlimm, wenn grüner Strom unbegrenzt verfügbar wäre. Nur ist das leider nicht der Fall. Und so rät auch das Öko-Institut, Anreize zu schaffen, „die verfügbaren Stoffströme in solchen Anwendungen zu verwenden, die für den langfristigen Klimaschutz sehr wahrscheinlich auf Wasserstoff und wasserstoffbasierte Stoffe zugreifen müssen.“ Und von „müssen“ kann bei PKWs keine Rede sein. Darum zieht auch Doppelbauer ein sehr eindeutiges Fazit: „Brennstoffzellen-Pkws sind technisch, ökonomisch und letztlich auch ökologisch ein Unsinn.“

Ist Wasserstoff also doch kein Energieträger der Zukunft?

Doch. Nur eben wahrscheinlich nicht bei Pkw. Je größer ein Fahrzeug jedoch ist und je weiter die Strecken sind, die es zurücklegen muss, desto mehr Sinn ergeben Brennstoffzellen. Das Öko-Institut sieht daher zum Beispiel eine Wasserstoff-Zukunft im Flug- und Seeverkehr. Und der stellvertretende VDMA-Hauptgeschäftsführer Hartmut Rauen sagt dem Segment der schweren Nutzfahrzeuge „eine Schlüsselrolle bei der Einführung der Brennstoffzellentechnologie“ voraus.

Zukunftsträchtig ist Wasserstoff aber weit über den Mobility-Sektor hinaus. So spielt das Element zum Beispiel eine zentrale Rolle als Energiespeicher, der Versorgungssicherheit und Netzstabilität garantiert, wenn Deutschland eines Tages seinen gesamten Strom aus erneuerbaren Quellen bezieht. (Mehr zur tragenden Rolle von Wasserstoff bei der Energiewende erfahren Sie hier.) In all diesen Bereichen sind wir auf große Mengen Wasserstoff mehr oder weniger angewiesen. Wenn danach etwas übrigbleibt, um unsere Autos zu betanken: umso besser.

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