Wasserstoffautos Zukunft?
Hey ihr, ich muss eine Aufgabe zu Wasserstoffautos erledigen. Und die ist, herauszufinden, ob Wasserstoffautos wirklich die Zukunft sind und wenn ja warum und wenn nein warum. Vielleicht könnt ihr mir ja helfen.
Danke schonmal im voraus :)
5 Antworten
Also fangen wir mal so an. Von fossilen Energieträgern müssen wir wegkommen, erstens weil das bei der Verbrennung entstehende CO2 wissenschaftlich nachgewiesen irgendeinen Einfluss auf das Weltklima hat (wenn sich bislang auch nur sagen lässt, dass dieser irgendwo zwischen "nahezu nicht vorhanden" und "noch schlimmer, als es sich die auf der Straße klebenden Weltuntergangssekten in ihren kranken Fantasien ausmalen können" liegt) und zweitens, weil Erdöl ja auch ein wichtiger Rohstoff u.A. für die Kunststoff-Industrie, aber auch für andere Produkte bis hin zu Medikamenten ist.
Jetzt gibt es verschiedene Ansätze, wie man das lösen kann, und alle haben ein Für und Wider.
Ansätze wären:
- Verbrenner mit e-Fuels, also mit Hilfe von Strom gewonnenen synthetischen Kraftstoffen, die chemisch dem Erdöl-Kraftstoff ähnlich sind
- Verbrenner mit Wasserstoff (Ottomotoren lassen sich so modifizieren, allerdings ist das nicht einfach - erfolgreich war ein Projekt, VW-PKW-Motoren auf Wasserstoff umzurüsten, um sie als Generator die Belüftung von Eisenbahntunneln zu verwenden, aber mit Lastwechseln im PKW-Betrieb tun sich die Hersteller noch etwas schwerer)
- Elektroantrieb rein über Batterien
- Elektroantrieb über Wasserstoffbrennstoffzelle
Bei Verbrenner vs. Elektro hast du natürlich zwei emotionale Komponenten. Der Petrolhead liebt den Klang des Verbrenners, den du natürlich mit e-Fuels und Wasserstoffen erhalten könntest, allerdings muss selbst ein Petrolhead zugeben, dass die Beschleunigung eines Elektromotors mit Drehmomement ab der ersten Umdrehung enorm ist und auch viel Spaß macht.
Die zweite Komponente ist die praktische Komponente. Benzin und Diesel, egal ob fossil oder e-Fuel, sind in 3 Minuten getankt, benötigen dafür aber eine Tankstelle. Ähnlich, vielleicht minimal länger, dürfte es bei Wasserstoff sein. Elektroautos brauchen länger. Aber: Man kann sie zuhause laden, wenn man es denn kann. Für viele ist das nicht machbar und die sind darauf angewiesen, dann 20 Minuten und länger an einer Ladesäule zu stehen, was sich schnell akkumulieren kann, wenn vor einem noch jemand 20 Minuten an der Ladesäule steht. Diese Ladezeit lässt sich auch kaum mehr verkürzen, selbst wenn man irgendwann Akkus hätte, die sich ihre 100kWh in 3 Minuten reinprügeln lassen, entweder müsste man mit Spannungen im zweistelligen Kilovolt-Bereich arbeiten oder der Strom wird nicht mehr in Ampere sondern Kiloampere gemessen und man braucht Kabel so dick wie der Oberschenkel eines Bodybuilders. Das heißt die Akzeptanz von allem, wo man einen Rüssel reinhalten kann, dürfte weiterhin deutlich größer sein gegenüber dem zwangsmeditativen Event des Batterieladens.
Und dann sind da die Emissionen, erst mal alle, außer CO2:
- Stickoxide entstehen, wenn bei hohen Temperaturen der Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft miteinander reagieren. Also ein typisches Verbrenner-Problem, das sowohl fossile wie auch e-Fuel Benzin und Diesel sowie Wasserstoff-Ottomotoren betrifft. Allerdings haben Euro-6d Diesel mit SCR-Katalysatoren lustigerweise sogar eine negative Stickoxid-Bilanz, da die Katalysatoren so effizient sind, dass die Luft, die hinten raus kommt, sauberer ist, als die, die vorne angesaugt wird. Die Stickoxid-Werte mögen in den 70ern und 80ern mal ein Problem gewesen sein, haben aber seither stark abgenommen. Dass im Moment so ein Aufheben darum gemacht wird, liegt nur daran, dass eine Lobbyorganisation namens WHO die Grenzwerte gesenkt hat (so, wie sie damals, als die ersten Cholesterinsenker auf den Markt kamen, die Empfehlungen für Cholesterin-Blutwerte heruntergesetzt haben, womit plötzlich Millionen gesunde Menschen zu behandlungswürdigen Kranken für die neuen Medikamente wurden). Stickoxide spielen bei Batterie und Brennstoffzelle keine Rolle.
- Feinstaub ist lungengängig und potenziell krebserregend und entsteht durch unvollständige Verbrennung und trifft damit also wieder Verbrenner, egal ob fossil oder e-Fuels, Wasserstoffverbrenner haben hier keine Probleme, da der Ruß vom Kohlenstoff kommt. Was den Antrieb angeht, produzieren Brennstoffzellen- und Batterie-Autos ebenfalls keinen Feinstaub. Allerdings entsteht auch Feinstaub durch Reifen- und Bremsabrieb und das hohe Gewicht der Batterien beschert Elektroautos somit die schlechteste Gesamt-Feinstaubbilanz aller Autos. Die Beste haben Diesel ab Euro 4 mit DPF, da der Partikelfilter so viel ausfiltern kann, dass die Abgase weniger Feinstaub enthalten, als die vorne angesaugte Luft. Die Gesamtbilanz enthält aufgrund von Reifen- und Bremsabrieb aber immer noch etwas Feinstaub.
- Weitere giftige Komponenten in Abgasen entstehen z.B. durch Verunreinigungen des Roh-Erdöls für Diesel und Benzin und sind bei chemisch absolut reinem e-Fuel Benzin und Diesel kein Thema mehr, bei Wasserstoff (egal ob Brennstoffzelle oder Ottomotor) und E-Antrieb eh nicht.
Und dann ist da das CO2. Fossile Brennstoffe produzieren aktiv welches. Bei aus CO2-neutraler Energie erzeugten e-Fuels wird nur das ausgestoßen, was vorher wieder in Kohlenwasserstoffe umgewandelt wurde, ist also in der Gesamtbilanz neutral. Wasserstoff, CO2-neutral produziert, erzeugt keines. Beim Stromverbrauch, CO2-neutral produziert, ebenfalls nicht.
Aber: Das ist nur die Straße, spannend wird es beim Lifecycle-CO2. Bei der Produktion und Recycling eines Autos entsteht CO2, bei Produktion und Recycling von Batterien auch. Schön gerechnet ist der "CO2-Rucksack" der Batterien nach 20.000km mit Ökostrom erledigt, pessimistische Rechnungen gehen ehr in Richtung 100.000-150.000km. Die Wahrheit liegt wohl irgendwo in der Mitte. Allerdings haben die Batterien auch nur eine begrenzte Haltbarkeit, die man mit einrechnen muss. Bei einem Tesla mag das aufgehen, wer 100.000 Euro in ein Auto investiert, bekommt nicht nur sehr langzeitstabile Batterien, sondern hat auch das Geld, nach 300.000km mal 25.000 Euro in einen neuen Batteriesatz zu investieren. Der CO2-Rucksack von Batterieproduktion/Recycling dürfte sich schnell amortisiert haben. Wer nicht so viel Geld hat und sich für 20.000 Euro einen Smart, Dacia oder Renault mit Batterieantrieb kauft, für den kommt dann nach 100.000km das böse Erwachen: Batterien schrott, neue kosten inkl. Einbau 15.000, Restwert vom Auto in funktionierend wäre 12.000 Euro - Wirtschaftlicher Totalschaden. Also auf den Schrott damit und neues Auto. Und während ein gut konstruierter Verbrenner locker 500.000km fährt, schiebt man in der Zeit 5 Elektro-Kleinwagen inkl. CO2-Rucksack von Produktion und Recycling von beidem, Auto und Batterien durch, und schon hat ein Elektro-Smart eine schlechtere CO2-Bilanz, als ein VW Touareg V12 TDI.
Autos mit Brennstoffzelle nutzen diese als Primärenergiequelle, sie tragen aber auch Batterien mit, die aber nur über Bremsenergierekuperation geladen werden und zur Reichweitenerhöhung und für einen kurzen Boost beim Beschleunigen. Abgesehen davon, dass deutlich weniger Batterien verbaut sind und somit der batteriebedingte CO2-Rucksack kleiner ist, ist dieser Betrieb schonender für die Batterien und sie halten erwiesenermaßen (typische Laufleistung eines Toyota Prius Hybrid, der hier mit Verbrenner statt Brennstoffzelle, genau so mit den Batterien umgeht) 500.000 bis 1.000.000km.
Weitere Probleme aktueller Hochspannungsbatterien für E-Autos und Hybride, wie giftige Rohstoffe und die erhöhte Brandgefahr (insbesondere beim Laden, daher eher ein Problem von Plug-In-Hybriden und reinen Batterie-E-Autos, als von Brennstoffzellen und normalen Hybriden) mit nur schwer zu löschendem Feuer sollten sich bald mit Feststoffakkus erledigt haben.
Und jetzt noch die Frage nach der "Well-to-Wheel", also Quelle bis zum Rad Effizienz.
Hier stellt sich natürlich die Frage, ob es wirklich sinnvoll ist, Strom zu erzeugen, um ihn mit hohem Energieaufwand in Wasserstoff oder e-Fuels zu verwandeln, die dann wieder in der Brennstoffzelle verstromt respektive im Brennraum verbrannt werden, um daraus wieder kinetische Energie zu erzeugen, statt den Strom einfach direkt in den Akku zu pumpen.
Jetzt mal angenommen, wir hätten immer genug Strom - dann macht das keinen Sinn, dann ist direkt laden in einem Elektroauto effizienter. Jetzt will man aber unser Stromnetz alleine aus Zufallsstrom betreiben, also Strom, der nur dann verfügbar ist, wenn die Sonne scheint oder wenn Wind weht, aber bitte auch nicht so viel Wind, dass man die Windräder zum Schutz vor Schäden abschalten muss. Als Ausgleich gibt es noch ein paar Puffer wie z.B. Pumpspeicherkraftwerke, aber unsere Landschaft lässt auch nicht so viele davon zu, dass man derartige Schwankungen komplett puffern könnte. Das heißt, wir haben Zeiten mit enormen Überangebot und Zeiten mit Strommangel. Im Flächenintegral über Jahresverlauf und Jahresbedarf haben wir vielleicht genug Strom, aber halt eben nur übers Jahr gemittelt und nicht stundenaktuell. Und wer will schon gucken "okay, wir haben Überangebot, jetzt muss ich mein Auto laden"? Aber man kann natürlich das Überangebot an Strom in Wasserstoffelektrolyse stecken - und den so gewonnen Wasserstoff kann man als Puffer fürs Stromnetz (mit Brennstoffzellengeneratoren rückeinspeisen), aber auch zum Tanken von Brennstoffzellen- und Wasserstoff-Otto-Autos nutzen. Somit macht bei Zufallsstrom, egal, ob "Überangebot und Mangel" oder "Noch mehr Überangebot und so gerade noch kein Mangel" eine lokale Wasserstoff- und e-Fuel-Herstellung mit eben diesem Überangebot total Sinn.
Und wenn wir über Energie-Import reden, z.B. aus Ländern, wo 365 Tage im Jahr die Sonne scheint und große Flächen für Solarkollektoren verfügbar sind, dann ist halt die Frage, wie bekommt man die Energie hier rüber? Stromleitungen haben massive Verluste. Also selbst wenn wir einen Vertrag mit z.B. Marokko oder Saudi Arabien schließen würden für Energielieferungen aus großen Solar-Parks, die unsere Siemens-Jungs da in die Wüste pflanzen, der Strom käme durch die Leitungen gar nicht bei uns an. Wasserstoff durch eine Pipeline (Rohform oder gebunden in LOHC - Liquid Organic Hydrogen Carrier) ginge - und dann ist die Frage nach der Sinnhaftigkeit von Laden vs. Tanken wieder genau umgedreht - Warum soll ich den Wasserstoff erst verstromen, um ihn dann zu laden, wenn ich ihn auch direkt tanken kann? Und wenn man sich schon zu sehr dran gewöhnt hat, Öl aus Saudi Arabien zu importieren, dann macht man statt Wasserstoff halt e-Rohöl draus, das unsere Raffinerien wieder in e-Benzin, e-Diesel, e-Kerosin für Flugzeuge und e-Schweröl für Schiffe aufbrechen können.
Sinnvoll umgesetzt kann man sagen, die Zukunft muss technologieoffen sein, mit e-Fuel/Wasserstoff-Verbrennern, Brennstoffzellen und Batterieautos, denn alle haben Vor- und Nachteile und die sollte man sinnvoll einsetzen.
Im PKW Bereich führt der Wasserstoffantrieb ein absolutes Nischendasein. Daran wird sich auch einfach nicht mehr viel ändern. das dünne Tankstellennetz in verbindung mit der aufwändigen Technik und den vergleichsweise geringen Vorteilen gegenüber batterieelektrischen fahrzeugen wird dafür sorgen dass sich mit recht! letztere gegen den Wasserstoffantrieb duchsetzen werden!
Intressant wird Wasserstoff als EINE! alternative für das Transportwesen. Gerade für Omnibusse, oder Lastwagen ist Wassestoff schon daher eine super Alternative, dass er eine relativ große Speicherdichte ermöglicht. d.h. es kann lange bzw. weit gefahren werden, ehe ein Auftanken erforderlich ist.
Ins besondere für den Linienverkehr oder güternahverkehr ist Wasserstoff hier eine gute Alternative, da man nicht auf ein all zu dichtes Tankstellennetz angewiesen ist.
Das vergleichsweise schnelle (Nach)bunkern hoher Energiemengen ist mit einer der hauptvorteile.
gehen wir mal von rund 110 kg Wasserstoff aus, Das ist eine Energiemenge von ca. 3.600 kWh, ausreichend für 1.500 km fahrt. Dauert der reine Tankvorgang 15 Minuten, entspricht das theoretisch einer Leistung von 14,4 Megawatt!
Sicherlich, man könnte einen batterieelektrischen LKW auch mit wesentlich geringeren Leistungen laden. Sagen wir mit 2.400 kWh für etwa 1000 km reichweite. Erstreckt man den Ladevorgang auf 8 Stunden, käme man mit 300 kW hin. das schafft selbst der Tesla Supercharger.
Ich sehe da aber zwei noch nicht ganz lösbare Probleme. Erstens müsste man genügend Parkplätze schaffen, an denen die entsprechende Infrastruktur vorhanden ist, so dass die Fahrer während ihrer so wie so erforderlichen Pausenzeiten ihr Fahrzeug aufladen können und zweitens wären 2.400 kWh in Lithiumbatterien derzeit etwa 15 Tonnen. Vom Platz, das unterzubringen mal abgesehen einfach unwirtschaftlich!
lg, Anna
Als erstes müsstest du klären was Du Dir unter einem Wasserstoffauto vorstellst. Da gibt es nämlich immer noch 2 Vorstellungen.
- Ein Auto mit einem Hubkolbenmotor der dann Wasserstoff verbrennt.
- Ein Elektroauto was nur eine kleine Batterie hat und wärend der Fahrt permanent aus einer Wasserstoff Brennstoffzelle geladen wird.
Spoiler: Wenn vom Wasserstoffauto die Rede ist, ist heute meist zweiteres gemeint.
Als nächstes sollte man klären wo der Wasserstoff herkommt. Im dem Zusammenhang dass die Erkenntnis, dass wir künftig keine fossilen Brennstoffe mehr verwenden sollten, wohl Konsens Ist, ist mit Wasserstoff wohl grüner, d.H. aus der Elektrolyse unter Verwendung erneuerbarer Energieen hergestelltem Strom, gewonnener Wasserstoff gemeint.
Bisher werden aber nahezu 100% Des weltweit produzierten Wasserstoffs aus Erdgas produziert. Nach den derzeitigen Prognosen wird der Weltweit produziere grüne Wasserstoff nicht mal zu einem Bruchteil ausreichen um den Bedarf für Anwendungen zu decken, die man nicht mit Strom aus Akkus bewerkstelligen kann.
Dazu kommt dass eine mit einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff gewonnene kWh Strom auf der anderen Seite mehrere kWh Strom benötigt. Wir reden also über einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad als beim System Strom-Akku-Strom. Dieser wird zur Folge haben, dass das Fahren mit Wasserstoff mindestens um den Faktor 2 teurer sein wird als das Fahren mit Batteriestrom.
Unter dem Aspekt der zur Verfügung stehenden Mengen von Strom aus erneuerbaren Energien und daraus folgend aus den Mengen grünen Wasserstoffs und dessen möglichen Marktpreis kannst Du abschließend die ca Wirkungsgrade der 3 Zur Verfügung stehenden Konzepte vergleichen.
- Wasserstoffverbrenner - Ca 30%
- Wasserstoff Brennstoffzelle mit Elektromotor - ca 50%
- Batterieelektrischer Antrieb - Ca 80%
P.S. Der Wasserstoffverbrenner kämpft auch mit etlichen weiteren technischen Problemen und wird schon deshalb eigentlich nicht mehr in Erwägung gezogen. Letztlich lebt er gerade in der Idee EFuels in Hubkolbenmotoren zu verbrennen wieder Auf. EFuels werden nämlich aus Wasserstoff produziert. Wer in Physik aufgepasst hat wird aber ahnen, der Wirkungsgrad verschlechtert sich bei diesem weiteren Produktionsschritt erneut.
Hi, bei solchen Aufgaben hilft in 99,9% der Fälle Google. Da gibst du Wasserstoffautos ein, informierst dich ein bisschen und findest dann meist schnell die Antwort zu deiner Frage.
Zum Beispiel kannst du suchen nach:
,,Zukunft von Wasserstoffautos“, da gibt es einige interessante Artikel die dir helfen werden.
Was wirklich die Zukunft ist, weiß kein Mensch.
Erstmal ist die Zukunft, deutlich weniger Autos und mindestens für eine gewisse Zeit das Elektroauto.