Wasserstoff- oder Elektroauto? Es gibt Vor- und Nachteile: Wasserstoff kann schneller getankt werden, E-Autos sind effizienter als Wasserstoff-Modelle. Derzeit gibt es jedoch mehr Ladesäulen für E-Autos als Wasserstoff-Tankstellen.

Wasserstoff- oder Elektroauto? Es gibt Vor- und Nachteile: Wasserstoff kann schneller getankt werden, E-Autos sind effizienter als Wasserstoff-Modelle. Derzeit gibt es jedoch mehr Ladesäulen für E-Autos als Wasserstoff-Tankstellen. (Bild: Thomas - stock.adobe.com)

Der Grund für das bisherige Schattendasein von Wasserstoffantrieben ist die schwierige Handhabung des hochentzündlichen Gases. Bisher wurden vor allem zwei Speichermethoden eingesetzt: Entweder musste der Wasserstoff in speziellen Druckbehältern mit mehr als 600 bar komprimiert werden oder in flüssiger Form in vakuumisolierten Behältern auf unter -200 °C herunter gekühlt werden. Wird die Temperatur nicht gehalten, beispielsweise wenn das Fahrzeug einige Stunden oder gar Tage steht, verflüchtigt sich der Treibstoff.

Beide Methoden scheinen wenig zukunftsträchtig. Davon abgesehen, würde bereits die Installation einer einzigen Zapfsäule an einer Tankstelle nach Schätzung des Unternehmens Linde mehr als eine Million Euro kosten. Eine dritte Möglichkeit, die allerdings wegen des hohen Gewichts in der Fahrzeugtechnik nicht zum Einsatz kommt, ist die Einlagerung von Wasserstoff in Metallhydriden oder in Kohlenstoff-Nanoröhren.

Die Cella Energy Ltd hat ein einzigartiges Material entwickelt, das aussieht und sich anfühlt wie Kunststoff, aber pro Gramm einen Liter Wasserstoff speichert. Amminboran-Polymer-Komposit wird in Form von kleinen, leichten und vor allem recycelbaren Kügelchen als Trägermittel genutzt, aus denen sich der Wasserstoff erst bei einer Erwärmung auf 100 °C löst.

Polymerkügelchen halten Wasserstoff fest

Durch die neue Speichertechnologie kann der Wasserstoff ähnlich wie Benzin über einen Verbrennungsmotor genutzt werden.
Durch die neue Speichertechnologie kann der Wasserstoff ähnlich wie Benzin über einen Verbrennungsmotor genutzt werden. (Bild: MAN)

Einfach und – wenn im großen Maßstab produziert – bezahlbar präsentiert sich hingegen die Verbindung von Wasserstoff mit Enhanced Ammonia Borane (EAB) als Trägermittel. Die leichten, recycelbaren Polymerkügelchen, in denen das chemische Hybrid gebunden ist, verhalten sich aufgrund ihrer geringen Größe wie eine Flüssigkeit und halten den Wasserstoff ohne Druck oder Tiefenkühlung fest, bis er mittels Wärme direkt vor der Anwendung im Fahrzeug freigesetzt wird – ein völlig neuer Ansatz, den sich die verantwortlichen Wissenschaftler der Oxford University sowie des Rutherford Appleton Laboratory mit Unterstützung des University College London nach Jahren der Forschung und Entwicklung 2011 patentieren ließen.

Neben der Hauptniederlassung des Spin-Out in der Nähe von Oxford, gibt es auch eine US-Niederlassung des zur Weiterentwicklung und Vermarktung der Technologie gegründeten Unternehmens Cella Energy. Dieses arbeitet eng mit der NASA zusammen und beschäftigt eigene Wissenschaftler am Kennedy Space Center in Florida.

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Drei Kategorien für mögliche Anwendungen:

  1. Bei Cella Energy ist die erste Kategorie im Bereich bis 6 kW angesiedelt und erlaubt es, etwa Batterien zu ersetzen. In Kombination mit einer kleinen Brennstoffzelle ließe sich bei einem gegebenen Gewicht dreimal mehr Energie speichern als mit herkömmlichen Systemen. Dementsprechend könnte so die Leistung mobiler Applikationen um das Dreifache gesteigert werden. Zu der Kategorie der kleinen Anwendungen gehört auch eine Stromversorgung für unbemannte Flugzeug-systeme. Diese werden bisher typischerweise mit Lithium-Ionen-Batterien angetrieben, deren Reichweite jedoch stark begrenzt ist.
  2. In der Kategorie zwei bis 20 kW entwickelt Cella Energy zusammen mit Automobil- und Flugzeugherstellern zylindrische Behälter, die mit dem EAB-Komposit befüllt werden können. Diese lassen sich entweder einzeln erhitzen oder nacheinander in eine Heißzelle transportieren, wo der Wasserstoff freigesetzt wird. In Verbindung mit einer Brennstoffzelle kann das System elektrischen Strom liefern, oder der Wasserstoff kann über den Ansaugkrümmer als Zusatz dem Dieselkraftstoff für Busse und Lkw beigemischt werden. Somit lassen sich die umweltschädlichen Emissionen reduzieren, was insbesondere im Innenstadtbereich großer Städte relevant ist.
  3. Im großen Maßstab, das heißt bei mehr als 20 kW in der Kategorie drei, ist die Technik auch für Gabelstabler und Flurförderzeuge sowie Null-Emissions-Fahrzeuge für den Straßenverkehr denkbar. Das Tanken würde ähnlich funktionieren wie heute, nur dass die im System verbliebenen Trägermittel-Kügelchen über eine zweirohrige Zapfsäule parallel zum nächsten Tankvorgang herausgesaugt und später wieder aufbereitet werden.

Tanken fast wie früher, aber emissionsfrei

Bosch Bosch beschäftigt mehr als 3 000 Menschen mit Wasserstoff-Technologien und startet Serienfertigung seines Brennstoffzellen-Antriebssystems.
Bosch Bosch beschäftigt mehr als 3 000 Menschen mit Wasserstoff-Technologien und startet Serienfertigung seines Brennstoffzellen-Antriebssystems. (Bild: Bosch)

Wasserstoffautos mit Brennstoffzelle gelten als sauberste Alternative zum Verbrenner

Die Firma Bosch hat am Standort Stuttgart-Feuerbach jetzt mit der Serienfertigung seines Brennstoffzellen-Antriebssystems begonnen. Weiter hat das Technologie-unternehmen angekündigt, in 2024 noch einen Wasserstoffmotor auf den Markt zu bringen. Ein Wasserstoffmotor basiert mit Ausnahme des Treibstoffsystems auf konventioneller Verbrennertechnik. Er verzichtet auf die aufwendige Technik der Brennstoffzelle. In einem Wasserstoffmotor wird H2 direkt als Kraftstoff verwendet, also verbrannt.

Die Weichen für eine Wasserstoffwirtschaft werden gestellt.

Dabei ist lt. Deutschen Wasserstoff Verband (DWV) eine Wasserstoffpipeline-Infrastruktur die kostengünstigste Option für den Transport und die Verteilung von Wasserstoff. Zum Beispiel haben Deutschland und England kürzlich übereingestimmt, neue unterseeische Elektroleitungen zu verlegen, die grünen Strom aus Offshore-Windenergie zur Wasserstoffproduktion ins jeweils andere Land leiten können.

Klimaneutral ist Wasserstoff nur dann, wenn er „grün“ ist.

Das bedeutet, Wasser wird mithilfe erneuerbaren Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt – also mit Strom, der beispielsweise von Windkraftanlagen oder Solarmodulen erzeugt wird. Dieser ist jedoch noch weit rarer als Strom aus Fotovoltaik oder Windenergie. Aus den derzeit 92 deutschen Wasserstoff-tankstellen fließt vorwiegend grauer (CO2 entweicht), blauer (aus Methan oder Kohle, anfallendes CO2 wird unterirdisch gespeichert) und türkiser Wasserstoff (aus Methan, Kohlenstoff fällt an). Wenn zukünftig in großem Stil grüner Wasserstoff aus Elektrolyse von Wasser gewonnen wird, fällt zusätzlich nur noch Sauerstoff an.

überarbeitet von Redaktion Automation NEXT

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