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it nachhaltig hergestelltem Wasserstoff sind Brennstoffzellenfahrzeuge sauberer als Batterieautos – vorerst aber auch deutlich teurer.
Wäre es nicht schön, wenn Autofahren durch und durch sauber wäre, ganz frei von schadhaften Emissionen? Die anrollende Elektromobilität hat bereits aufgezeigt, dass lokal emissionsfreies Fahren heutzutage kein Problem mehr ist. Einzig der Vorgang des Wiederaufladens erfordert Zeit – wenngleich immer weniger, und das Finden von Ladesäulen ist noch genauso wenig trivial wie der Bezahlvorgang. Doch es gäbe eine Alternative: Fahrzeuge mit Brennstoffzelle sind in der Lage, ebenfalls elektrisch zu fahren, doch ihren Strom mittels Brennstoffzelle gleich selbst an Bord zu produzieren.
Doch wie genau funktioniert eine Brennstoffzelle, und was macht sie mit dem Wasserstoff? Das Prinzip ist deutlich einfacher als etwa bei einem Verbrennungsmotor. Die Zelle selbst ist kein Speicher wie eine Batterie, sondern ein Energiewandler. Im herkömmlichen Fall wandelt sie bei konstantem Zufluss eines Brennstoffs die darin steckende chemische Reaktionsenergie sowie ein Oxidationsmittel in elektrische Energie um. In der Regel spricht man bei Brennstoffzellen für Fahrzeuge von Wasserstoff-Sauerstoff-Zellen. Der bei Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV für Fuel Cell Electric Vehicle) aus Hochdrucktanks stammende, dort bei bis zu 800 bar gelagerte Wasserstoff wird mit dem Sauerstoff aus der Luft zur chemischen Reaktion gebracht, die grundsätzlich der im Chemieunterricht erzeugten Knallgasreaktion entspricht. Nur knallt es in der Brennstoffzelle nicht, sondern die elektrische Energie wird in einer kleinen Vorratsbatterie gespeichert, die in Grösse und Volumen deutlich kleiner ist als etwa bei mit Batterien betriebenen Elektrofahrzeugen (BEV für Battery Electric Vehicle). Aus dieser Batterie wiederum bezieht der Elektromotor seine Energie, weshalb Brennstoffzellenwagen sich genauso dynamisch und effizient fortbewegen wie Batteriefahrzeuge. Doch benötigen sie wie Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor einen Auspuff, denn ausser der elektrischen Energie entsteht als Nebenprodukt Wasser, das als Dampf durch die Abgasanlage entweicht.
Gegenüber der Antriebsbatterie eines BEV verfügt das FCEV mit seinem Brennstoffzellensystem über eine ganze Reihe an Vorteilen. Der eigentliche Tankvorgang vollzieht sich ähnlich wie bei der Betankung eines Fahrzeuges mit Erdgas-/Naturgasantrieb (CNG). Der Zapfhahn wird an der Tanköffnung des Wagens angebracht und arretiert, bis ein gewisser Druckaufbau stattgefunden hat. Der Tankvorgang dauert rund 3 bis 5 Minuten. Ein Elektroauto benötigt für eine Vollladung des Akkus deutlich länger. Das Gewicht der Hochdrucktanks ist klar geringer als das der Antriebsbatterien von BEV, hinzu kommen lediglich eine Brennstoffzelle und die erwähnte Pufferbatterie. Die Reichweite eines FCEV ist meist höher als die eines BEV, die Zuladekapazität aufgrund seines tieferen Fahrzeuggewichts und des geringeren Platzbedarfs von H2-Tanks gegenüber Antriebsbatterien deutlich höher.
Aus den genannten Gründen eignen sich Brennstoffzellensysteme aus heutiger Sicht vor allem für den Schwerverkehr, der hohe und oft voluminöse Lasten transportiert, sowie für den öffentlichen Nahverkehr, der für den Personentransport von den gleichen Vorteilen profitiert. Entsprechende Fahrzeuge existieren bereits. So haben eine ganze Reihe von Herstellern sowohl Nutzfahrzeuge als auch Busse mit Brennstoffzellensystem entwickelt, und dies sogar bereits in den 1990er Jahren.
Viele dieser Projekte verliefen jedoch im Sande, und die Gründe dafür liegen auf der Hand. So fehlt es einerseits am reinen Wasserstoff als Brennmaterial, denn er tritt nicht in der Natur auf, sondern entsteht durch Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Der Elektrolyse genannte Vorgang benötigt jedoch seinerseits elektrische Energie. Somit ist reines H2 aus ökologischer Sicht nur dann sinnvoll, wenn der für die Aufspaltung erforderliche Strom aus nachhaltigen Quellen stammt.
Ein zweites entscheidendes Problem für die Durchsetzung des Brennstoffzellenfahrzeugs ist die Dichte der Wasserstofftankstellen. Derzeit gibt es in der Schweiz nur eine öffentliche H2-Tankstelle im aargauischen Hunzenschwil, eine zweite bei der Empa in Dübendorf besteht nur zu Versuchszwecken, eine dritte wurde 2016 wieder geschlossen, als die Post entschied, ein laufendes Projekt mit Mercedes-Bussen nicht fortzusetzen.
Gerade für die Einführung von Lkw-Routen mit ausreichender Wasserstoff-Versorgung sind deutlich mehr H2-Tankstellen erforderlich. Doch die Tankstellenbetreiber zögern, denn im Gegensatz zu einer Benzin- und Dieseltankstelle erfordert Wasserstoff eine Lagerung im Hochdruckbereich von rund 700 bar. Nicht selten muss der Wasserstoff zudem gekühlt werden. Die Investitionen für eine H2-Tankstelle sind dementsprechend hoch und erreichen siebenstellige Summen.
Doch wie das Projekt der Coop-Tankstelle in Hunzenschwil zeigt, ist es möglich, Wasserstoff nachhaltig herzustellen und zur Tankstelle zu transportieren. Den Strom für die Elektrolyse liefert ein Flusskraftwerk der Aare (Wasserkraftwerk Gösgen), den Transport übernehmen Tankwagen mit Brennstoffzellensystem. Nur der Strom für die Lagerung stammt aus dem Schweizer Netz, das immerhin eine bessere Ökobilanz aufweist als das grenznahe Ausland.
Nicht von der Hand zu weisen sind jedoch zwei weitere Nachteile. Bis sich ein Brennstoffzellenfahrzeug mit vollem H2-Tank von der Stelle bewegt, gehen aufgrund der genannten Umstände rund zwei Drittel der Energie in der Gesamtbilanz verloren. Bei Batterie-Elektrofahrzeugen liegt der Verlust nur bei etwa einem Drittel. Und aufgrund der bis jetzt geringen Stückzahlen der zurzeit gebauten FCEV ist der Preis für die Komponenten – und damit auch für die Wagen selbst – höher als der eines BEV. Steigt die Nachfrage, sinkt der Preis – und umgekehrt. Das Henne-Ei-Problem.
Mittlerweile gibt es Bestrebungen gewisser Konzerne, die Pattsituation durch eigene Investitionen aufzulösen. In der Schweiz treibt der Förderverein H2 Mobilität Schweiz den Ausbau des Wasserstoff-Tankstellennetzes voran, der Bestand an Tankstellen soll noch 2020 auf das Vierfache zunehmen. Gleichzeitig bietet die Autoindustrie Hand und bringt immer mehr FCEV auf den Markt, und dies sowohl im Nutzfahrzeugbereich als auch bei den Personenwagen. Der koreanische Hersteller Hyundai etwa plant die Einführung einer ganzen Flotte von H2-Lkw. War 2017 zunächst von 1000 Schwerlast-Zugmaschinen die Rede, planen die Koreaner für den Schweizer Testmarkt mittlerweile mit 1600 Fahrzeugen bis 2025. Hinzu kommen die Personenwagen, von denen es mit dem Hyundai Nexo und dem Toyota Mirai allerdings nur zwei im Schweizer Angebot gibt.
