Gestern kam im Rahmen der Vorstellung der Spitzenkandidaten für die BW-Wahl der amtierende Ministerpräsident Kretschmann im Radio. Gestellt wurden auch Fragen von Hörern und einer wollte wissen, warum die Landesregierung nicht mehr für Wasserstofffahrzeuge tue. Kretschmann bezeichnete Brennstoffzellenfahrzeuge als Technologie für \u201eÜbermorgen\u201c. Na das ist doch eine Vorlage für einen neuen Blog.<\/p>\n
Oberflächlich gesehen scheint Wasserstoff in vielen Punkten besser als Antriebstechnologie zu sein als elektrischer Strom. Wie dieser kann er vollständig klimaneutral sein, mus aber nicht. Da der Wasserstoff mittels Strom gewonnen wird, ist er so grün wie der Strom selbst. Als Verbrennungsprodukt entsteht Wasser, und das ist kein Klimagas, auch wenn es zum Treibhauseffekt beiträgt. Die Wasserkonzentration in der Atmosphäre wird aber praktisch nicht vom Menschen beeinflusst, der größte Anteil entsteht durch Verdunstung von Wasserflächen. Berücksichtigt man beim E-Auto noch die Klimabilanz für die Herstellung der Batterien und vor allem die ökologischen Folgen der Gewinnung von Lithiumphosphat in Südamerika, dann steht Wasserstoff nach einigen Aussagen sogar besser da.<\/p>\n
Anders als bei Strom, der schwere Batterien benötigt, kann man mit verhältnismäßig wenig Wasserstoff sehr weit fahren. Man kommt mit der Technologie auf die Reichweite, die auch ein Benziner oder Diesel hat und das Tanken geht in etwa genauso schnell wie bei diesen.<\/p>\n
Oberflächlich gesehen also nur Vorteile. Aber ihr denkt es euch schon, jetzt kommen die \u201eAbers\u201c.<\/p>\n
Zuerst mal ist der derzeitige Wasserstoff nicht \u201egrün\u201c. Er wird nicht durch Elektrolyse von Wasser hergestellt sondern in der Regel durch eine Teiloxidation<\/a> von Erdgas, Erdöl und neuerdings auch aus Biomasse. Im üblichen Verfahrenschritt wird durch Wasserdampf nach der Reaktionsgleichung:<\/p>\n Cn<\/sub>Hm<\/sub> + H2<\/sub>O \u2192 CO2<\/sub> + H2<\/sub><\/p>\n Für Methan z.B.:<\/p>\n CH4<\/sub> + 2 H2<\/sub>O \u2192 CO2<\/sub> + 4 H2<\/sub><\/p>\n Das ist wesentlich billiger als ihn durch Elektrolyse aus Wasser zu gewinnen, denn Methan ist pro kwh gespeicherter Energie viel billiger als Strom. Man muss es schließ0lich nicht erzeugen. Dabei wird natürlich Kohlendioxid frei. Es gibt daher noch spezielle Bezeichnungen wie \u201egrauer\u201c oder \u201eblauer\u201c Wasserstoff, wenn wenigstens die Kohlenstoffquelle nachhaltig ist, z.B. Biomasse.<\/p>\n Grüner als Elektroautos wird Wasserstoff also nur, wenn er nur aus Strom und Wasser erzuegt wird und der Strom dann auch vollständig aus regenerativen Quellen stammt.<\/p>\n Der Hauptkritikpunkt am Wasserstoffantrieb sind die Energieverluste. Während Batterien Strom mit nur geringen Verlusten speichern können, und auch Elektromotoren eine hohe Effizienz haben, gibt es bei der Nutzung von Wasserstoff drei weitere Schritte, die jeweils Verluste haben:<\/p>\n Der Wasserstoff wird (im idealfall) durch Elektrolyse gewonnen. Die Elektrolyse hat je nach Prozesstechnologie einen Wirkungsgrad von 40 bis 70 % bezogen auf die eingesetzte Energie und der Energie die im Wasserstoff steckt.<\/p>\n Im Auto wird durch eine Brennstoffzelle wieder Strom aus dem Wasserstoff gewonnen. Rein theoretisch könnte man den Wasserstoff auch wie Kohlenwasserstoffe verbrennen, doch dann hätte man nur den geringen Wirkungsgrad den Motoren mit diesen Kraftstoffen aufweisen, der liegt bei etwa 25 bis 35 %. Es gibt mehrere Technologien für Brennstoffzellen, die meisten sind aber haben noch nicht für die Serienreife erreicht. Der Wirkungsgrad liegt je nach Technologie zwischen 40 und 70 %, meist um 50 bis 60 %.<\/p>\n Energie benötigt man auch, um den Wasserstoff zu transportieren. Flüssiger Wasserstoff, wie er in der Raketentechnik eingesetzt wird, ist nur bei extrem niedrigen Temperaturen flüssig. Wasserstoff gehört nicht zu den Gasen, die alleine durch Druck verflüssigbar sind. Daher wird er als Gas transportiert und dies sowohl bei der Tankstelle wie auch im Auto. Um den Wasserstoff auf hohen Druck zu bekommen, benötigt man auch Energie. Um ihn auf 200 Bar zu komprimieren, geht rund 12 % der Energie dafür drauf. Das schließt auch die unvermeidlichen Verluste beim Transport mit ein, den das kleine Molekül kann sehr leicht durch Wände diffundieren, die für andere Gase undurchlässig sind. Eine Studie des Gesamtwirkungsgrades, also wie viel Energie setze ich für die Elektrolyse ein und wie viel Energie kann ich dann dem Elektromotor zur Verfügung stellen, kommt bei Wasserstoff zu Werten von 35 bis 41 %. Das heißt, rund 60 % der elektrischen Energie, die man in die Elektrolyse steckt, kommt nicht in Form von Antriebsenergie an. Die Verluste gibt es auch beim Elektroauto. Dort muss der Wechselstrom zurast in Gleichstrom umgewandelt werden (Wirkungsgrad rund 97 bis 98 %) und dann hat jede Batterie einen Ladewiderstand. Wer selbst Akkus lädt, kennt auch den Effekt: sie erhitzen sich. Realistisch sind auch hier 5 bis 10 % Verluste. Der große Energiefresser ist aber nicht das Laden, es ist die Batterie selbst. Bei einem Tesla S wiegt die Batterie<\/a> z.B. 600 von 2.091 kg, dabei ist das die kleine Standardbatterie. Deises Gewicht wird immer mitbeschleunigt. Ein Tesla 3 mit 1.000 km Reichweite soll kommen, die Batterie von 200 kWh Kapazität wird dann erheblich schwerer als die Standardbatterie mit 75 und 82 kWh sein.<\/p>\n Leider wiegt der Tank für Druckgas auch beim Wasserstoff viel. Das Gewicht eines Tanks ist praktisch unabhängig vom Druck und nur von der Molmasse des Gases abhängig. Das ergibt sich aus der Kesselformel und dem Molvolumen. Leichte CFK-Tanks für die Raumfahrt fassen etwa 15 kg Wasserstoff bei 93 kg Tankmasse. Beim Auto ist man noch nicht so weit bzw. kann auch nicht den vom Gewicht her optimalen Kugeltank einbauen. Beim Mercedes GLC F-Cell wiegt der Tank 125 kg und fasst nur 4,4 kg Wasserstoff. Immerhin kommt man damit 400 km weit, genauso weit wie ein Tesla S mit 650 kg schwerer Batterie<\/a>. In der Summe kann so ein Brennstoffzellenfahrzeug bei gleicher Reichweite leichter sein, etwa ein Viertel, was natürlich auch auf den Verbrauch durchschlägt. Vor allem sind durch dickere Tankwände ein höherer Tankdruck und damit eine höhere Wasserstoffzuladung möglich, während die immer größeren Batterien und die induzierten Lasten auf Karosserie und Fahrwerk bei Elektroautos sehr schnell Grenzen aufkommen. Es ist viel einfacher ein Brennstoffzellenfahrzeug zu bauen, dass dieselbe Reichweite wie ein mit Benziner\/Diesel hat, als ein Elektrofahrzeug.<\/p>\n Als weiteren Vorteil kann man ein Elektroauto selbst laden. Wer eine Photovoltaikanlage hat sogar zu enorm günstigen Preisen, allerdings werden die meisten mit ihrem Auto beruflich unterwegs sein, dann hängt es nicht tagsüber an der eigenen Steckdose. Selbst eine normale Hausinstallation liefert genug Strom, um einen durchschnittlichen Akku in der Nacht aufzuladen. Beim Wasserstoff ist man zwingend auf eine der noch selteneren Tankstellen angewiesen.<\/p>\n Nehme ich eine 82-kW-Batterie eines Tesla S und vergleiche diese mit 4,4 kg Wasserstoff die der Mercedes GLC F-Cell braucht, dann ist das natürlich ein Äpfel-Birnen Vergleich. Schon deswegen, weil der Wasserstoff heute nicht grün produziert wird und es mangels flächendeckendem Netz eine Technologie ist, die wenig verbreitet ist und somit teuer ist. Der Vergleich macht aber in einem Aspekt Sinn: beide Fahrzeuge haben in etwa eine Reichweite von 400 km. Und für beide kann ich die Energie ausrechnen und was man in der Praxis dafür zahlt. Unter dem Aspekt will ich es mal versuchen.<\/p>\n Bemühe ich die Chemie, so stecken in 4,4 kg Wasserstoff rund 175,1 kWh Energie. Das ist mehr als das doppelte der Speicherkapazität der Batterie und zeigt gleich, dass die Brennstoffzelle einen Wirkungsgrad von unter 50 % hat. Wasserstoff hat an der Tankstelle heute einen Preis von 9,5 Euro pro Kilogramm. Die 4,4 kg entsprechen somit Kosten von 40,48 Euro. Benzin liegt heute bei 1,30 Euro\/l. Für die 40,48 Euro müsste bei 400 km Fahrtstrecke ein Benziner also rund 7,8 l\/100 kg verbrauchen, dann wäre er gleich teuer. Eine 82 kWh des Teslas Batterie vollgefüllt kostete bei 31 ct\/kWh dagegen nur 25,42 Euro. Dazu müsste man Verluste beim Laden rechnen, real sind es dann um die 28 Euro.<\/p>\n Brennstoffzellen sinjd extrem teuer bezogen auf die Energiemenge, die sie liefern. Das drückt sich in dem Fahrzeugpreis aus. Das scheint das größte Hemmnis zu sein. Auf der anderen Seite sind Elektrofahrzeuge auch teuer als vergleichbare Benziner. Das der Preis allerdings nicht das alleinige Kriterium ist, zeigt sich daran das es preiswerte Elektrofahrzeuge gibt die nur ein Nischendasein. EVUM Motors hat einen minimalistischen Transporter gebaut<\/a> \u2013 ursprünglich für Entwicklungsländer, für knapp 29.000 Euro. Der E-Go live kostet knapp 17.000 Euro, ist eben ein Kleinwagen mit einer Reichweite von nur 100 km. Die Leute kaufen aber sie viel teureren Modelle von etablierten Automobilherstellern, dabei kann ein Elektroauto praktisch jeder bauen, anders als beim Verbrennungsmotor benötigt man da wenig Erfahrung, es gibt sogar Werkstätten die bauen einen Benziner zum E-Auto um. Das heißt im Umkehrschluss, dass es aber weniger auf den Preis ankommt als vielmehr die Marke und einer Vergleichbarkeit zum herkömmlichen Fahrzeug.<\/p>\nEine kleine Rechnung:<\/h3>\n
Der Fahrzeugpreis<\/h3>\n
Meine Meinung<\/h3>\n