Wasserstoffantrieb – eine Definition und ein Blick in die Zukunft
Auch Wasserstofffahrzeuge oder vielmehr Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind Elektrofahrzeuge, denn auch hier ist ein Elektromotor verbaut. Anders als beim „normalen“ E-Auto, bei dem getankter Strom im Akku gespeichert wird, erzeugt die integrierte Brennstoffzelle des Wasserstoffautos den Strom während der Fahrt selbst und speichert diesen im Akku .
Aber von vorne – was ist eigentlich Wasserstoff und wie können wir diesen für uns nutzen?
Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende und kleinste chemische Element. Um Wasserstoff zu erzeugen, bedarf es einer großen Menge an Strom – im Idealfall aus erneuerbaren Energien, denn nur dann produzieren wir grünen Wasserstoff. Grün, Grau, Pink, Blau, Türkis und Weiß – die verschiedenen „Wasserstoff-Farben“ geben Aufschluss über die Herstellung des Wasserstoffs und über die Treibhaus- und Schadstoffemissionen, die dabei entstehen. Daher ist im Zusammenhang mit nachhaltiger Mobilität von dem sogenannten grünen Wasserstoff die Rede, der durch das Verfahren der Elektrolyse von Wasser CO2-neutral hergestellt wird. Bei der Elektrolyse, die auch Power-to-Gas genannt wird, wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten. Hierbei kommen ausschließlich erneuerbare Energiequellen zum Einsatz, um eine Klimaneutralität zu gewährleisten.
Mithilfe der im Fahrzeug verbauten Brennstoffzelle wird durch die Umkehrung der Elektrolyse aus Wasserstoff elektrischer Strom produziert. Wasserstoff und Luftsauerstoff reagieren zu Wasser, so entstehen Wärme und elektrische Energie. Die gewonnene elektrische Energie dient als Antrieb des Elektromotors.
Wasserstoff wird inzwischen als Allround-Talent gehandelt, denn er sorgt nicht nur für einen nachhaltigen Antrieb des Elektromotors. Verschiedene Prozesse in der Stahlproduktion oder der Chemieindustrie beispielsweise lassen sich dank Wasserstoff klimaschonender gestalten. Die Bundesrepublik fördert zudem die Wasserstofftechnologie und Initiativen, die diese voranbringen. Außerdem sollen mithilfe von internationalen Kooperationen Möglichkeiten geschaffen werden, um ausreichend Strom aus regenerativen Energien für die Herstellung von Wasserstoff zu produzieren.
Ist Wasserstoff die Zukunft der Transportbranche?
Nicht zuletzt durch die Globalisierung wächst der Güterverkehr kontinuierlich. Das mag ein Indiz für eine gut funktionierende Wirtschaft eines Landes sein, dennoch ist dies eine Belastung für unsere Umwelt. Was bedeutet, dass besonders in diesem Sektor der CO2-Ausstoß deutlich reduziert werden muss.
Wasserstoff ist eine mögliche Antriebsvariante und wird vor allem in der Transportbranche heiß gehandelt. Vor allem weil LKW weite Strecken zurücklegen müssen und somit große Reichweiten benötigen. Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen können eben diese großen Reichweiten ermöglichen, ohne Zwischenstopps und bei geringer Betankungszeit.
Die Wasserstofftechnologie wird kontinuierlich optimiert. So war beispielsweise der weiterentwickelte Prototyp des Mercedes-Benz GenH2 Truck auf Teststrecken unterwegs. Nach einigen Testwochen und hunderten Kilometern wurde der schwer beladene Truck Extremsituationen ausgesetzt und von Entwicklungsingenieuren von Daimler Trucks auf den Prüfstand gestellt.
Auch wenn die Wasserstofftechnologie besonders in der Transportbranche ein gutes und nachhaltiges Antriebskonzept zu sein scheint, wird noch viel Forschung nötig sein. Denn in diesem Bereich geht es vorrangig um Effizienz und das sollte der zukünftige Antrieb bieten können.
Der batteriebetriebene LKW – eine Definition und ein Blick in die Zukunft
Anders als bei der Wasserstofftechnologie bedarf es bei dem gängigen Elektroauto oftmals keiner großen Erklärung. Wer sich heute ein neues Auto kauft, denkt meist zumindest über die Anschaffung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach.
Aber wie ist das in der Transportbranche?
Werden wir bald zunehmend E-LKW auf den Autobahnen sehen?
Zunächst werfen wir einen Blick auf die Technik. Der E-LKW wird nicht mit Sprit betankt, sondern mit Strom, der im verbauten Akku des Fahrzeugs gespeichert wird. Im Elektromotor befinden sich verschiedene Magnettypen und wenn der Elektromotor elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, werden Magnetfelder erzeugt.Durch die Energie des Akkus verändern sich permanent die Pole der Magnete und der Rotor wird angetrieben. Der Rotor ist der bewegliche Teil des Elektromotors, der sich daraufhin um die eigene Achse dreht und durch diese Rotation die Räder des Fahrzeugs in Bewegung setzt.
Das Kernstück des Elektrofahrzeugs ist die Batterie. Die Lithium-Ionen-Batterie erfüllt die Leistungsstandards derzeit am besten – und auf Leistung, Sicherheit und Funktionsfähigkeit kommt es bei der Batterie des E-Fahrzeugs an. Gleichzeitig müssen Fahrzeughersteller auch die Kosten der Batterie im Blick behalten, denn momentan ist der Akku eines der teuersten Bauteile des Elektrofahrzeugs. Die Lithium-Ionen-Batterie wird übrigens seit langer Zeit erfolgreich eingesetzt, beispielsweise in Smartphones, Tablets, Laptops oder Kameras.
E-LKW sind auf den Straßen noch in der Unterzahl – doch das kann sich ändern. Ende des Jahres 2021 ging beispielsweise der vollelektrische eActros in Serie, der laut Daimler Trucks mit einer maximalen Kapazität von 420 kWh bis zu 400 Kilometer weit fährt. Auch andere Automobilhersteller wie Volvo zum Beispiel ziehen nach und bringen LKW mit vollelektrischem Antrieb auf den Markt.
Die Nachfrage ist da, das Angebot wächst stetig – aber welche Grenzen sind noch zu überwinden? Zum einen spielt sicherlich die Reichweite eine große Rolle, die besonders in der Transportbranche benötigt wird. Zum anderen sind die hohen Anschaffungskosten für viele Speditionen oft untragbar.
Die Entwicklung läuft jedoch auf Hochtouren, die Energiekosten sinken langsam, die Batterie wird immer leistungsfähiger und Elektromobilität wird durch den Staat finanziell unterstützt – ein ganzheitlicher Ansatz und ein Blick in die Zukunft lohnt sich also bei der Kostenkalkulation in jedem Fall.
Wasserstoff vs. Batterie – der direkte Vergleich
Die EU-Kommission will den CO2-Ausstoß von LKW und Bussen drastisch senken. Demnach sollen schwere Nutzfahrzeuge ab dem Jahr 2040 90 Prozent weniger CO2 ausstoßen als im Jahr 2019. Auch wenn wie im PKW-Bereich kein Verbot von diesel- und benzinbetriebenen Nutzfahrzeugen erfolgen soll, sieht die Kommission keine Zukunft für den Verbrennungsmotor.
Welcher alternative Antrieb könnte tatsächlich den Dieselmotor ablösen? Wir haben beide Antriebe unter drei wichtigen Gesichtspunkten unter die Lupe genommen:
- Effizienz
Eine reibungslose Lieferkette ohne Unterbrechungen und Verzögerungen sind in der Transportbranche elementar – Effizienz ist daher ein wichtiges Kriterium. Nach einer Studie der in Berlin ansässigen International Council on Clean Transportation oder kurz ICCT ist der batterieelektrische LKW effizienter als ein wasserstoffbetriebene LKW. Grund dafür ist unter anderem der fehlende Platz im LKW, denn so kann nur eine begrenzte Menge an Wasserstoff gelagert werden, was die Reichweite deutlich reduziert. Hier ist also noch Luft nach oben für die Möglichkeiten des Wasserstoffantriebs. Außerdem ist der Energieverlust bei einem Wasserstoffantrieb höher als bei einem Batterieantrieb. Der Verlust entsteht bei der Elektrolyse, der Speicherung und der anschließenden Umwandlung in Strom.
- Zeit
Wenn es um den Faktor Zeit geht, hat das Wasserstofffahrzeug die Nase vorne. Innerhalb weniger Minuten ist das Fahrzeug getankt und einsatzbereit. Das ist allerdings nur die Theorie – in der Praxis fehlt es an Wasserstoff-Tankstellen. Im Gegensatz dazu gibt es eine gut ausgebaute Infrastruktur für E-LKW. Zwar dauert das Laden länger, aber besonders in der Transportbranche sollte die Betankung in der Nähe möglich sein.
- Kosten
Sowohl das Wasserstofffahrzeug als auch der LKW mit Batterieantrieb kosten deutlich mehr als LKW mit einem Verbrennungsmotor – beide alternativen Antriebe werden jedoch gefördert. Die Auswahl an Wasserstofffahrzeugen ist jedoch noch klein und die Fahrzeuge werden nur in geringen Stückzahlen produziert. Dadurch sind E-Fahrzeuge in der Regel nicht so kostenintensiv wie das Wasserstofffahrzeug. Neben den Anschaffungskosten ist auch die regelmäßige Betankung zu berücksichtigen. Hierbei schneidet das E-Fahrzeug besser ab, denn Wasserstoff kostet zumindest momentan noch doppelt so viel wie Strom.
Ein Fazit
Die Wasserstofftechnologie stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, grünen Strom zu speichern und diesen für die Mobilität zu nutzen. Aktuell überzeugt allerdings eher der Einsatz eines batterieelektrischen Antriebs, sicherlich auch, weil die Entwicklung hier fortgeschrittener ist. Wir können also auf die zukünftigen Entwicklungsschritte gespannt sein – im Bereich des batterieelektrischen Antriebs, aber vor allem in puncto Wasserstoff.
