Wasserstoffauto: saubere Alternative?

Dass Verbrennungsmotoren auf lange Sicht ausgedient haben, steht außer Frage. Doch welchem Antrieb gehört die Zukunft? Wer sich heute einen neuen Pkw kaufen möchte, hat im Wesentlichen die Wahl zwischen zwei alternativen Technologien: dem Elektroauto und dem Wasserstoffauto.

Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

Im Prinzip handelt es sich bei einem Wasserstoffauto um ein Elektrofahrzeug. Der Motor wird mit Strom angetrieben – dieser wird aber nicht gespeichert in einer Batterie mitgeführt, sondern während der Fahrt erzeugt. Verantwortlich dafür ist eine Brennstoffzelle im Auto, in der eine „kalte Verbrennung“ stattfindet: Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft, der durch Lufteinlässe in das Fahrzeug geführt wird, reagieren zu Wasser. Dabei werden Wärme und elektrische Energie frei. Die Wärme kann im Winter zu Heizzwecken genutzt werden, im Sommer muss sie über Lüfter abgeführt werden. 

Ein wichtiger Vorteil: Eine große Batterie, wie sie in Elektroautos verbaut wird, ist nicht notwendig. Als Puffer- und Zwischenspeicher dient lediglich eine kleine Batterie. Sie deckt Lastspitzen, etwa beim Beschleunigen, ab und nimmt die Rekuperationsenergie – also die Bewegungsenergie beim Bremsen – auf.

Wo wird der Wasserstoff im Auto gespeichert?

Der Wasserstoff wird in speziellen Tanks bevorratet. An diese werden hohe Anforderungen gestellt: Zum einen müssen sie sehr dicht sein, da die winzigen Wasserstoffmoleküle herkömmliche Materialien mühelos durchdringen. Zum anderen müssen sie einem hohen Druck von 350–800 bar sowie mechanischen Kräften standhalten. Weil Wasserstoff entzündlich ist, darf auch bei einem Unfall kein Gas austreten. 

Die Drucktanks, die in Wasserstoffautos zum Einsatz kommen, bestehen aus einem Innenbehälter aus Kunststoff, dem sogenannten Liner, der mit langen Strängen aus Kohlenstofffasern umwickelt ist. Das macht sie nicht nur schwer, sondern auch sehr teuer. 

Wasserstoff-Tankstellen

Aktuell (Stand Mai 2022) gibt es in Deutschland nur rund 100 Wasserstoff-Tankstellen. Von einer flächendeckenden Versorgung ist man damit aber noch weit entfernt. Noch schlechter sieht es im europäischen Ausland aus: So finden sich in Frankreich 41 Wasserstoff-Tankstellen, in der Schweiz sind es 12 und in den Niederlanden 11. Eine (Urlaubs-)Fahrt mit dem Wasserstoffauto erfordert also eine gute Planung.

Welche Wasserstoffautos gibt es?

An Brennstoffzellenfahrzeugen wird bereits seit Jahrzehnten geforscht. Bei Nutzfahrzeugen wie Bussen oder kleinen Last- und Lieferwagen kommt die Technologie zunehmend in Schwung. So haben Opel, Citroën und Peugeot mit der Serienproduktion von Brennstoffzellen-Transportern begonnen.

Im privaten Pkw konnte sich die Technologie dagegen bisher nicht durchsetzen. Derzeit sind nur zwei Automodelle, die mit Wasserstoff fahren, verfügbar: der Hyundai Nexo und der Toyota Mirai. Und die haben ihren Preis: Der Mirai kostet in der Basisausführung knapp 64.000 €, der Nexo ist ab 79.200 € zu haben. Noch in diesem Jahr will BMW eine Wasserstoff-Variante des X5 in Kleinserie bauen – allerdings mit Toyota-Technik. Honda hat zwischenzeitlich die Produktion seines FCX Clarity, der nur in Japan und den USA erhältlich war, eingestellt. Zudem wird spekuliert, dass Hyundai seine Wasserstoffentwicklung auf Eis legen wird. 

Das mangelnde Engagement der Autobauer liegt vor allem an den niedrigen Absatzzahlen. 2021 wurden weltweit gerade einmal 15.000 Pkw mit Brennstoffzelle neu zugelassen. Das entspricht zwar einen Zuwachs von 84 % zum Vorjahr, demgegenüber steht jedoch die deutliche höhere Zahl an Elektroautos. Im selben Jahr wurden allein in Deutschland über 350.000 E-Autos zugelassen. Damit Wasserstoffautos attraktiver werden, müssten die Preise sinken und die Infrastruktur besser ausgebaut werden. Dazu müssten jedoch höhere Stückzahlen gefertigt werden – ein Teufelskreis.

Förderung von Wasserstoffautos

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) unterstützt die Anschaffung von Elektro- und Wasserstoffautos über die Innovationsprämie mit einem Zuschuss von bis zu 9.000 €. Der Betrag setzt sich aus einem staatlichen und einem Herstelleranteil zusammen. Gefördert werden Fahrzeuge mit einem Nettolistenpreis von höchstens 65.000 €. Der Hyundai Nexo ist damit nicht förderfähig. Ab 2023 wird das Programm neu ausgerichtet: Es gelten dann nicht nur strengere Regelungen, der maximale Förderbetrag sinkt zudem auf 6.000 €.

Neben direkten Zuschüssen profitieren Käufer von Steuervorteilen: Wie E-Autos sind auch Wasserstoffautos zehn Jahre lang von der KfZ-Steuer befreit – selbst, wenn in dieser Zeit ein Halterwechsel stattfindet. Zudem bieten einige Versicherer einen Umweltbonus bei der KfZ-Versicherung.

Vorteile und Nachteile eines Wasserstoffautos

Wasserstoffautos besitzen sowohl Vor- als auch Nachteile.

Vorteile von Wasserstoffautos:

• Hohe Reichweite: Mit einer Tankfüllung kommt man mehr als 600 km weit. Damit haben Wasserstoffautos eine höhere Reichweite als E-Autos.
• Schnelle Betankung: Der Tankvorgang dauert mit 3–5 Minuten in etwa so lange wie bei einem Verbrenner.
• Keine lokalen Emissionen: Während der Fahrt werden keine schädlichen Abgase ausgestoßen. Aus dem Auspuff kommt lediglich Wasserdampf.
• Hohe Fahrqualität: Der Elektromotor ist äußerst leise und vibrationsarm.
• Geringe Kälteempfindlichkeit: Wasserstoffautos halten auch sehr niedrige Temperaturen bis ‒20 °C aus.

Nachteile von Wasserstoffautos:

• Kosten: Die Brennstoffzellen-Technologie und die Tanks sind sehr teuer. Das wirkt sich auf den Anschaffungspreis eines Wasserstoffautos aus.
• Schlechte Tankstellenabdeckung: Die vergleichsweise geringe Anzahl an Tankstellen erschwert längere Fahrten, Ausflüge müssen gut geplant werden. 
• Großer und schwerer Tank: Der Wasserstofftank nimmt relativ viel Platz ein, weshalb der Platz im Kofferraum begrenzt ist.
• Schlechte Energiebilanz: Drei Viertel der Ausgangsenergie gehen bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Wasserstoff, beim Transport und bei der Wasserstoffspeicherung | sowie in der Brennstoffzelle selbst verloren
• Durchwachsene Klimabilanz: Wirklich klimaneutral fährt man mit einem Wasserstoffauto nur dann, wenn grüner Wasserstoff getankt wird. Derzeit erfolgt die Herstellung von Wasserstoff überwiegend auf der Basis fossiler Energieträger. Dabei entsteht in etwa die gleiche Menge an CO2-Emissionen, die ein Verbrenner auf der Straße bei gleichem Energiebedarf freisetzen würde.

Was ist ein Wasserstoffmotor?

Bei einem Wasserstoffmotor handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der ganz ohne Brennstoffzelle und Akku auskommt. Der Wasserstoff wird direkt verbrannt. Als Abfallprodukte entstehen Wasserdampf und geringe Mengen Stickoxide. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 35 % und liegt damit genau zwischen Benzin- und Dieselmotoren.

Einer der wenigen Pkw-Hersteller, die an Wasserstoffverbrennungsmotoren gearbeitet haben, ist BMW. Das Unternehmen hat sogar ein Automodell in Kleinstserie auf den Markt gebracht, das aber schnell wieder verschwand. Ab 2024 will der deutsche Motorenhersteller Deutz seinen Wasserstoffmotor in Serie produzieren lassen. Der Motor eignet sich vor allem für Traktoren, Baumaschinen sowie Schienenfahrzeuge.

Methanol-Brennstoffzelle im Auto als Alternative?

Das Ingolstädter Unternehmen Gumpert Aiways Automobile hat ein Antriebskonzept entwickelt, bei dem das Auto keinen Wasserstoff, sondern ein Gemisch aus Methanol (CH4O) und Wasser (H2O) tankt. Letzteres wird im Fahrzeug erhitzt und in seine Bestandteile zerlegt. Kohlenstoff und Sauerstoff entweichen als CO2 in die Luft, der Wasserstoff wird in der Brennstoffzelle in elektrischen Strom umgewandelt. Dieser treibt dann den Motor an oder wird in der Batterie gespeichert.

Methanol ist – genau wie Wasserstoff – ein sekundärer Energieträger, der erst hergestellt werden muss. Dafür werden große Mengen an Energie benötigt. Mithilfe von grünem Wasserstoff sowie CO2 aus Industrieabgasen oder Biomasse lässt sich Methanol auch klimaneutral erzeugen. Während der Fahrt entstünden so keine zusätzlichen CO2-Emissionen. Bis grünes Methanol in ausreichenden Mengen verfügbar ist, könnte auch graues Methanol verwendet werden – ein fossiles Abfallprodukt aus der chemischen Industrie, mit dem sich im Vergleich zu einem Dieselmotor immerhin noch 70 % der CO2-Emissionen einsparen lassen. 

Doch warum dieser ganze Aufwand? Gegenüber Wasserstoff besitzt Methanol zwei Vorteile: Einerseits lässt sich der flüssige Energieträger einfacher und kostengünstiger transportieren, andererseits könnte die vorhandene Tankstellen-Infrastruktur genutzt werden.

Bisher gibt es nur ein Auto mit Methanol-Brennstoffzelle: den RG Nathalie – ein Sportwagen, der eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h erreicht. Die Stückzahl ist auf 500 limitiert. Der Preis liegt bei 407.000 €. Die Methanol-Brennstoffzelle könne laut Entwickler aber auch in jedes andere beliebige Fahrzeug – vom Stadtauto bis hin zum Lkw – eingebaut werden. Den Beweis tritt ein umgerüsteter E-Smart an, der im normalen Stadtverkehr bis zu 700 km mit einer Tankfüllung schafft. 

Ob das Konzept zur Marktreife kommt, hängt nicht zuletzt vom Interesse der Industrie und der Politik ab. Momentan konzentriert man sich auf die Elektromobilität. Nicht ohne Grund, denn es ist effizienter, die Energie direkt zu verbrauchen, als erst Wasserstoff bzw. Methanol zu produzieren.