Die Experten sind sich einig: Elektroautos werden die Zukunft des Straßenverkehrs in Deutschland und der Welt bestimmen. Weite Teile der Autoindustrie haben die Weichen weg vom Verbrennermotor längst gestellt.
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Viele Autofahrerinnen und Autofahrer hierzulande setzen jedoch auf Wasserstoff und Brennstoffzelle als Antriebstechnik der Zukunft – mehr noch als auf Elektromobilität. Das bewies erneut eine Ende Februar 2022 veröffentlichte Studie von mobile.de. Von 2064 befragten Personen, darunter 1755 mit Führerschein, sprachen sich knapp ein Drittel (32 Prozent) für den Wasserstoffantrieb aus. Nicht einmal die Hälfte im Vergleich (14,8 Prozent) favorisierten Elektro. Bei einer Civey-Umfrage für das Magazin "Spiegel", welcher Antrieb dringend gefördert werden sollte, war das Verhältnis mit 39 zu 14 Prozent noch deutlicher. Der Vorteil bei der Brennstoffzelle: Der Umgang wäre so ähnlich wie beim Verbrenner, nur ist der Kraftstoff sauber.

Brennstoffzelle treibt Elektromotor an

Im Fall der Brennstoffzellentechnik geht es nicht um den direkt mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor, sondern um die Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie – am Ende werden über die Brennstoffzelle also auch Elektromotoren angetrieben. Das System arbeitet im Betrieb CO2-neutral; außerdem können solche Fahrzeuge in deutlich kürzerer Zeit mit Wasserstoff betankt werden, als batterieelektrische E-Autos fürs Nachladen brauchen.
Brennstoffzelle Toyota Lkw
Viele Hersteller forschen an der Brennstoffzelle als Antriebstechnik, doch viele Fragen sind noch offen.

Studie: Brennstoffzelle auch bei Lkw unterlegen

Doch das Wünschenswerte deckt sich oft nicht mit den Erkenntnissen von Forschern. Laut einer neuen Studie des Fraunhofer-Instituts zufolge ist die Nutzung der Brennstoffzellentechnik in den allermeisten Anwendungen und auch Regionen beim Nutzfahrzeugverkehr der batterieelektrischen Antriebsart unterlegen. Das schließt ausdrücklich den schweren Lkw-Verkehr ein, auf dem noch die bislang größten Hoffnungen zur Einführung von Brennstoffzellen ruhten.

Energiebilanz spricht gegen Wasserstoff

Tatsächlich wirkt sich laut der Studie die schlechte Energiebilanz der Wasserstoff-Brennstoffzelle gegen die Antriebsart aus. So kommt nur ein Viertel der Ausgangsenergie dem Antrieb zugute, drei Viertel gehen bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Wasserstoff, bei Transport, Lagerung und schließlich in der Brennstoffzelle selbst wieder verloren. Zudem ist grüner, also klimaneutral aus erneuerbarer Energie hergestellter Wasserstoff, auf lange Sicht noch Mangelware. Hinzu kommt die herausfordernde Infrastruktur fürs Lagern und Transportieren bis hin zum Tanken des Brennstoffs. Deshalb gibt es viele Gründe, warum das Wasserstoffauto so bald nicht kommt.
Toyota Mirai Wasserstoffanschluss
Viele Autofahrer hoffen auf Wasserstoff als umweltfreundliche Kraftstoffalternative, doch die Hoffnung schwindet.

Deswegen sehen viele Experten Wasserstoff als untauglichen Rohstoff für private Pkw an, nun also auch noch für Lkw. Als aussichtsreiche Einsatzgebiete bleibt der Einsatz bei Landmaschinen, Schiffen oder in Flugzeugen, weil Wasserstoff hier seine hohe Energiedichte ausspielen könnte. 

Was sind die Vor- und Nachteile von Wasserstoffautos?

Wie sieht es nun aus im Verkehrssektor? Welche Vorteile, welche Nachteile haben Wasserstoff und Brennstoffzelle? Wie funktioniert die Antriebstechnik? Hier gibt es Antworten auf die wichtigsten Fragen rund ums Wasserstoffauto!

Alle Infos zum Wasserstoffantrieb für Autos

Was sind die Vorteile von Wasserstoff?

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Die theoretischen Vorteile von Wasserstoff im Verkehrssektor sind die mögliche große Reichweite, das schnelle Betanken und (unter bestimmten Umständen) seine Umweltfreundlichkeit. Anders als Diesel oder Benziner stoßen Fahrzeuge mit Brennstoffzellentechnik im Betrieb weder Feinstaub, Stickoxide noch CO2 aus, als Abfallprodukt entsteht lediglich Wasser(dampf). Wasserstoff ist ein guter Energieträger, der Brennwert von einem Kilogramm ist mit 33 Kilowattstunden dreimal so hoch wie der Energiegehalt eines Liters Diesel oder Benzin. Zudem kann Wasserstoff beliebig lange gelagert werden, seine Ressourcen sind im Grunde unendlich.

Wo liegen die Nachteile des Wasserstoffantriebs?

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Da Wasserstoff nicht ungebunden vorkommt, muss er erst unter Energieaufwand gewonnen werden. Daher ist er teuer und problematisch in der Herstellung und im Transport; richtig umweltfreundlich ist er nur bei einer Produktion mit regenerativer Energie. Der Brennstoffzellen-Wasserstoffantrieb im Verkehr entwickelt sich, ist aber noch lange nicht so weit. Wasserstoff ist nur an sehr wenigen Tankstellen erhältlich, entsprechend sind kaum Modelle mit Brennstoffzelle auf dem Markt. Es ist ein wenig wie mit der Henne und dem Ei: Die Volumenhersteller zieren sich, weil die Infrastruktur fehlt – und umgekehrt.

Wie viele Wasserstoff-Tankstellen gibt es?

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Laut der Info-Seite H2live gab es im Februar 2022 in Deutschland gerade mal 92 H2-Tankstellen. Neun weitere waren in der Planungs-, Genehmigungs- oder Ausführungsphase. Zum Vergleich: Das Tankstellennetz für Benzin und Diesel hat rund 14.000 Stationen. Nichtsdestotrotz ist Deutschland damit bei den Wasserstoff-Tankstellen mit Abstand Spitzenreiter in Europa.

Wie funktioniert die Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technik?

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Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ist ein E-Auto, bei dem die elektrische Energie nicht in großen, schweren Batterien gespeichert, sondern während der Fahrt erzeugt wird. Dafür sind ein Wasserstofftank und eine Brennstoffzelle an Bord. Vereinfacht gesagt, reagieren der Wasserstoff (chemisches Symbol H) und Luftsauerstoff (O) wie bei einer umgekehrten Elektrolyse miteinander. Es entstehen Wärme und vor allem Energie, mit der der Elektromotor betrieben wird, sowie Wasser (H2O) als unschädliches Abfallprodukt. Man nennt dies auch "kalte Verbrennung".

Wozu braucht man eine Brennstoffzelle?

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Die Brennstoffzelle in Fahrzeugen ist meist eine Polymer-Elektrolyth-Membran-Brennstoffzelleneinheit (PEM), in die der in Hochdrucktanks gasförmig gespeicherte Wasserstoff geleitet wird. Eine einzelne Zelle besteht aus zwei Bereichen, die durch einen Separator voneinander getrennt sind. An der Anode teilt sich der Wasserstoff, vereinfacht gesagt, in Ionen und Elektronen auf. Die Ionen wandern durch den Separator auf die Seite der Kathode, wo sie sich mit dem Sauerstoff zu Wasser verbinden. Die Elektronen möchten ebenfalls auf die andere Seite zur Kathode, können aber nicht durch den Separator. Daher müssen sie den Umweg über die Stromleitung zum E-Motor nehmen. Auf der anderen Seite angekommen, ist der Stromkreis geschlossen.

Wie sauber ist Wasserstoff?

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Wasserstoff gilt vielen als Hoffnungsträger für eine klimaneutrale Energieerzeugung. Doch so einfach ist es nicht. Denn er ist immer nur so sauber wie seine Produktion. Die Arten der Gewinnung werden nach Farben unterteilt. Derzeit wird für die weltweite industrielle Nutzung zu 99 Prozent grauer Wasserstoff produziert. Dabei wird Erdgas unter Hitze – meist aus Gas oder Kohle – aufgespalten, es entstehen Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid (CO2). Umstritten ist auch blauer Wasserstoff, bei dem das entstandene CO2 aufgefangen und in geologischen Lagerstätten gespeichert wird (Carbon Capture and Storage, CCS). Auch türkiser Wasserstoff, bei dem statt CO2 fester Kohlenstoff als Nebenprodukt entsteht, weist viele Nachteile auf.
Einzig komplett treibhausgasfrei ist grüner Wasserstoff, bei dessen Herstellung vom Elektrolyseur Strom aus erneuerbaren Energien (Wind, Wasser, Sonne) verwendet wird. Schon jetzt ist klar, dass grüner Wasserstoff nur zu einem kleinen Teil in Deutschland hergestellt werden kann und der Rest aus Regionen wie Australien, Chile oder Nordafrika importiert werden muss. Hier sind Gründe, warum das Wasserstoffauto so bald nicht kommt.

Wie viel Wasserstoff wird in Deutschland verbraucht?

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Derzeit verbraucht Deutschland jährlich rund 1,65 Millionen Tonnen Wasserstoff pro Jahr, allerdings überwiegend in der chemischen und der Stahl-Industrie oder als Kühlmittel. Der Bedarf wird sich bis zur fürs Jahr 2045 angepeilten Klimaneutralität noch steigern.

Was kostet Wasserstoff?

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Wasserstoff ist unbesteuert, ein Kilo kostet etwa 9,50 Euro. Damit ist der Preis in etwa vergleichbar mit dem für Benzin und Diesel, denn ein Kilo reicht für ca. 100 Kilometer. Angesichts der Preisentwicklung für fossile Treibstoffe könnte sich das Verhältnis noch zugunsten von Wasserstoff verschieben.

Welche Automodelle mit Wasserstoff-Antrieb gibt es?

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Vorreiter bei der Wasserstofftechnik ist Toyota – der japanische Hersteller hat zuletzt die Baureihe Mirai neu aufgelegt. Der Tank der fünftürigen Oberklasse-Limousine hat ein Volumen von 5,6 Kilogramm, das soll für 650 Kilometer am Stück reichen. Der Basis-Mirai kostet 63.900 Euro. Außerdem gibt es den Hyundai Nexo (zum Alltagstest), Nachfolger des iX35. Hyundai verspricht offiziell bis zu 756 Kilometer Reichweite und fünf Minuten Tankdauer. Der Basispreis beträgt stattliche 79.200 Euro – kein Wunder, dass sich das Interesse in Grenzen hält. 2020 wurden ganze 1000 Exemplare in ganz Europa verkauft. BMW hat für 2022 einen Wasserstoff-X5 in Kleinserie angekündigt. Der ebenfalls in niedriger Stückzahl produzierte Mercedes GLC F-Cell ist inzwischen wieder vom Markt verschwunden.
Im Lkw-Bereich testet Daimler derzeit seinen 2020 vorgestellten Truck Mercedes GenH2. Ziel: 1000 Kilometer am Stück. An Kunden geliefert werden soll er spätestens 2027. MAN baut ebenfalls einen Prototyp, mit 800 Kilometer Reichweite. Auch Wasserstoff-Verbrennungsmotoren werden von der VW-Tochter getestet.

Sind Wasserstoffautos gefährlich?

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Das ist ein Mythos. Zwar ist Wasserstoff mit Sauerstoff bei einem H2-Anteil von 4 bis 75 Prozent zündfähig. Explosiv ist das Gemisch jedoch erst ab einem Anteil von 18 Prozent als Knallgas. Und da Wasserstoff 14-mal leichter ist als Luft, verflüchtigt er sich extrem schnell. Daher ist ein Fahrzeug mit Wasserstofftank und Brennstoffzelle keinesfalls explosionsgefährdeter als eines mit Flüssigtank.

Was ist ein Wasserstoffmotor?

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In einem Wasserstoffmotor wird H2 nicht per Brennstoffzelle in Energie umgewandelt, sondern direkt als Kraftstoff verwendet. BMW baute bereits 1979 den ersten Wasserstoff-Vierzylinder, stellte die Entwicklung jedoch 2012 mit dem Hydrogen 7 (E68) ein.
Der Motorenhersteller Deutz stellte im August 2021 einen Wasserstoff-Sechszylinder für den sogenannten Off-Highway-Bereich vor, der nach eigenen Angaben sehr leise und emissionsarm ist und mit 200 kW Leistung aufwartet. Allerdings soll er vorerst bei Generatoren und im Schienenverkehr eingesetzt werden; später ist eine Verwendung in Nutzfahrzeugen, Landwirtschafts- und Baumaschinen geplant.