Warum sich Wasserstoff im Bereich der E-Mobilität nicht durchsetzten wird

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Wasserstoff oder Akku, das ist die Frage, oder nicht? Warum sich Autos mit der Brennstoffzelle noch nicht durchgesetzt haben, warum sich Wasserstoff im Bereich der E-Mobilität nicht durchsetzten wird, ist kein Geheimnis. Und nein, es hat nichts mit einer Verschwörung zu tun. Davon liest man immer wieder im Internet. Der eigentliche Grund ist simpel und einfach. Es ist die Effizienz.

Aber beginnen wir mal von vorne. Es gibt derzeit zwei größere Wege der Elektromobilität. Der eine Weg, wie im Tesla und Co. ihn bestreiten. Man baut Akkus in ein Auto ein, die konventionell über die Steckdose geladen werden. Entweder an einer dafür vorgesehenen Ladestation oder über den Hausanschluss. Diese Technik hat einige Nachteile. Der größte ist die Zeit, die zum Aufladen benötigt wird. An dem neuen Super Charger von Tesla dauert es 30 Minuten, bis man für 200 km Strom getankt hat. Wer keinen Super Charger zur Verfügung hat und an eine normale Lade-Station fährt benötigt 1 bis 2 Stunden. Über den Hausanschluss dauert es noch viel länger

Autos mit Brennstoffzellen werden mit Wasserstoff betankt. Der Tankvorgang ist ähnlich schnell wie bei einem Benziner. Tank auf, Einfüllstutzen rein und in Sekunden wird die benötigte Menge in den Tank gepumpt.

Mit einer Tankladung Wasserstoff kommt ein Fahrzeug 400-500 km weit. Nach 400 km fährt man an eine Wasserstoff Tankstelle. Dort tankt man 30 Sekunden und fährt weiter. Davon können Autos mit konventionellen Elektromotoren nur träumen. Ein weiterer großer Vorteil ist das Gewicht. Autos mit einer Brennstoffzelle sind deutlich leichter als vergleichbare Autos mit Akku.

Also ist das Fahrzeug mit der Brennstoffzelle dem Fahrzeug mit Akku deutlich überlegen. Nein, denn es gibt einige Probleme die man bisher nicht lösen konnte. Ein Auto mit Brennstoffzelle benötigt viel mehr Energie als ein Elektroauto mit Akku. Der Grund ist folgender.

Ein wichtiges Kriterium ist die so genannte Energieeffizienz. Wie hoch ist der Wirkungsgrad im Verhältnis zum eingefüllten Kraftstoff. Der Wirkungsgrad eines Modernen Verbrennungsmotors liegt, unter optimalsten Bedingungen bei 35%. Allerdings nur bei optimalen Bedingungen. Mittlere Drehzahl und viel Gas. Im Stadtverkehr liegt der Wirkungsgrad deutlich unter 10 %. Wenn Theoretisch, 1l Benzin 100% Energie liefern, erreicht selbst der Modernste Verbrenner, aus 1l Benzin nur maximal 35% dieser Energie. Das ist ja auch logisch. Die erzeugte Energie wird ja nicht 1:1 auf die Straße übertragen. Sehr viel Energie geht verloren, da viele mechanische Teile im Motor angetrieben werden müssen, bevor die Energie auf die Straße kommen. Normalerweise sind es 10% Energie. D.h. 90 % der erzeugten Energie wird verschwendet. Neben all den giftigen Abgasen die aus einem Verbrennungsmotor rauskommen ist diese mangelhafte Energieeffizienz einer der Gründe warum wir von dieser Antriebsart weg müssen.

Kommen wir nun zum Wasserstoff. Wir kennen die Vorteile der Brennstoffzelle gegenüber dem normalen Fahrzeug mit Akku bereits. Heute ist der größte Nachteil der Brennstoffzelle ebenfalls die Energieeffizienz. In der Theorie hat eine Brennstoffzelle eine Effizienz von bis zu 83%. Wir erinnern uns, der Verbrennungsmotor liegt bei maximal 35%. Allerdings trifft das auf die Brennstoffzelle ebenfalls nur In der Theorie zu. In der Praxis verbraucht ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle und Wasserstoff betankt, dreimal so viel Strom wie ein Elektroauto mit Akku.

Ein normales Fahrzeug mit Brennstoffzelle besitzt einen 5 kg Wasserstofftank. Dieser speichert den Wasserstoff bei 700 bar Druck und muss ständig gekühlt werden. Damit sind Reichweiten von 480 km, nach EPA Norm zu erreichen. Ein ausgezeichneter wert. Der Tesla Model 3 erreicht diese Entfernung, in der Standard Reichweite nicht. Nun stellt sich aber die Frage wie viel Energie benötigt das Fahrzeug mit Brennstoffzelle für diese Reichweite. Ein Kilo Wasserstoff liefert knapp 40 kWh Energie. Ein 5 Kg Tank liefert also 200 kWh und damit schafft man die 480 Km Reichweite, nach EPA Norm. Ein Tesla schafft eine ähnliche Distanz mit einem 60 kWh Akku.

Auch wenn Brennstoffzellen in der Theorie immer wieder erstaunlich effiziente Werte liefern, sind diese in der Praxis nicht haltbar. Oder nur unter sehr speziellen Bedinigungen. Nämlich bei sehr niedrigen Leistung. Denn ein Wasserstoff-Fahrzeug verhält sich ähnlich wie ein Fahrzeug mit konventionellen Verbrennungsmotor. Aus dem Wasserstoff muss erst die Energie gewonnen werden. Das passiert zwar, anders als bei einem Verbrenner, sehr schnell. Aber, wir benötigen Energie um diesen Vorgang am laufen zu halten. D.h. nur einen Teil der vom Fahrzeug produzierten Energie wird für die Fortbewegung genutzt. Ein großer Teil dieser Energie wird dafür genutzt um die Energie zu erschaffen. Ein weiteres Kuriosum, anders als bei einem Benziner, geht bei einem Wasserstoff Fahrzeug auch noch Energie beim tanken verloren. Und zwar sehr viel. Man benötige etwa 15 % der Energie um die nötigen 700 bar Druck in den Tank zu bekommen. Das sind ungefähr 30 kWh Strom. Damit fährt ein Tesla über 200 km weit.

Auch das lagern von Wasserstoff ist sehr energieaufwändig. Wir benötigen sehr viel Druck um es zu lagern. Es muss ständig gekühlt werden. Die Gesamteffizienz von Wasserstoff, wenn man alle Faktoren zusammenrechnet, beträgt knapp 28 %. Wer jetzt sagt, dann lass uns doch beim Verbrenner bleiben der hat immerhin 35% Energieeffizienz, der irrt massiv. Noch mal zur Erinnerung, diese 35% sind nur unter theoretisch perfekten (Labor) Bedingungen zu erreichen. Und anders als beim Wasserstoff killt so ein Verbrenner, mit seinen Abgasen auch noch die Umwelt. Die Wahl der Zukunft kann nur zwischen Fahrzeugen mit Akku oder Brennstoffzelle liegen.

Und deshalb, derzeit schlägt niemand das Fahrzeug mit Akku. Dort liegt die Energieeffizienz bei über 90 %.

Nur zum Verständnis. Dieser Text bezieht sich auf den April 2019. Niemand weiß was in fünf Jahren in der Wasserstofftechnik noch alles passiert. Aber stand heute, sind Motoren mit Brennstoffzellen keine Alternative zum E-Auto mit Akku. zumindest nicht zum PKW. Anders kann es bei Bussen und LKWs aussehen. Die Energieerzeugung ist viel zu hoch und viel zu kostspielig. Und egal wer ständig vom Durchbruch dieser Technik redet. Nicht in den nächsten Jahren. Das hat nichts mit einer Verschwörung zu tun sondern einfach mit Physik..

Markus

Kommunikationsberater bei Dreiknopfmedia
Nerd, Kaufmann, Geek, Soziologe, Vater, Entwickler, Musiker, Eisliebhaber, Programmierer, Designer, Fussballverrückt, Kommunikator, Gründer, Radfahrer, Unternehmer, Popcorn
Markus

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Peter Gyger
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Peter Gyger

Danke für den informativen Artikel. Darf ich dazu ein paar Fragen stellen?

1. Lithium
„Akkuautos“ (BEV) fahren mit Lithium.
1.1: Lithium ist selten. Wie sollen genug Akkus hergestellt werden?
1.2 „nicht“ Lithium Batterien sind seit Jahren in der Presse ohne reale Produkte (Auto). Wie sehen Sie das?
1.3 Der Abbau von Lithium belastet die Umwelt erheblich. Anders als Wasserstoff.
https://edison.handelsblatt.com/erklaeren/lithium-abbau-und-gewinnung-umweltgefahren-der-lithiumfoerderung/23140064.html
1.4 Das Kostenmodell oben berücksichtigt die verschiedenen Kosten von Lithiumbatterien nicht. Warum?
1.5 Verschiedene Pressemitteilungen von Feuerwehreinsätzen bei Läden von Elektrofahrrädern und anderen Lithiumbatterien sprechen von gefährlichen Löscheinsätzen. Wie ist da die Relation zum Wasserstoff? Wasserstoff hat anscheinend kein Risiko.
https://heizung.de/brennstoffzelle/wissen/herstellung-von-wasserstoff-fuer-die-brennstoffzelle/

Südostasien (Japan / Südkorea) stellen mit grosser Energie auf Wasserstoff um. Was wissen die nicht, was Sie wissen?

Die Umstellung der Elektrizitätsgewinnung auf sauberen Strom (Wind, etc.) führt zu einer schwankenden Produktion. Gemäss Informationen im Internet sei Wasserstoff ideal als Zwischenspeicher für diese Energie. Billig und sauber. Wo sehen Sie hier Argumente gegen Wasserstoff?

Kann man unter dem Strich sagen, dass aktuell physikalisch die Lithium Akku Auto die bessere Energiegewinnung haben, jedoch in allen Punkte, speziell wenn man die gesamten Kosten / Gewinne anschaut, für die nächsten 10 Jahre keine Vorteile haben?

Mit freundlichen Grüssen