Wasserstoffauto: So funktioniert der H2-Antrieb per Brennstoffzelle
Wie die Chancen fürs Wasserstoffauto stehen
Wasserstoffautos mit Brennstoffzelle gelten als sauberste Alternative zum Verbrenner. Wie funktioniert der Antrieb, was sind Vor- und Nachteile, wann kommt grüner Wasserstoff, was kostet H2 zum Tanken aktuell? Alle Infos!
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, denn er ist emissionsfrei, hinterlässt beim Verbrennen nur Wasserdampf. Damit ließen sich Schiffe und Flugzeuge antreiben, vielleicht auch Pkw und Lkw? Diese Option rückt näher, viele Technologiefirmen arbeiten am Wasserstoffauto. Können sie in einer fossilfreien Welt den Markt erobern? Das ist noch offen, wenngleich die Weichen für eine Wasserstoffwirtschaft schon jetzt gestellt werden.
Allerdings läuft die Produktion von Wasserstoff, der in der freien Natur nicht in Reinform existiert, erst langsam an. Insbesondere "grüner" Wasserstoff, also aus CO2-neutraler Erzeugung, ist kaum verfügbar. Auch die Infrastruktur muss erst noch entstehen.
Schottland hat jetzt vorgeschlagen, Deutschland in naher Zukunft mit grünem Wasserstoff zu versorgen. "Wir werden mehr Strom erzeugen, als wir verbrauchen können. Mit diesem überschüssigen Strom erzeugen wir grünen Wasserstoff", sagte die schottische Energieministerin Gillian Martin der "Funke Mediengruppe" im Januar 2025. Die Schotten wollen schon 2030 ein Drittel des Bedarfs bei uns bedienen. Erst per Schiff und möglicherweise mittelfristig per Pipeline quer durch die Nordsee nach Emden. Wann die kommt? Unklar – über drei Milliarden Euro wären zu investieren.
AUTO BILD gibt einen Überblick über Funktion und Entwicklung der wasserstoffbasierten Mobilität und sagt, wie grüner Wasserstoff zu uns kommen könnte!
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* Die durchschnittliche Ersparnis berechnet sich im Vergleich zur unverbindlichen Preisempfehlung des Herstellers aus allen auf carwow errechneten Konfigurationen zwischen Juni und November 2023. Sie ist ein Durchschnittswert aller angebotenen Modelle und variiert je nach Hersteller, Modell und Händler.
So wird Wasserstoff gelagert
Die dauerhafte Lagerung von Wasserstoff ist aufgrund seiner Flüchtigkeit nicht einfach. Seit wenigen Jahren sind jedoch die technischen Herausforderungen gelöst, es gibt verschiedene Speichermöglichkeiten. Einen besonders praktischen Speicher stellte Toyota 2024 auf der Mobilitätsmesse "Japan Mobility Bizweek" in seiner Heimat vor: Er sieht aus wie eine Boombox oder eine Thermosflasche und hat ähnliche Abmessungen. Die Wasserstoff-Kartusche ist nach Angaben des Herstellers leicht im Rucksack tragbar und könnte als Reservekanister für Wasserstoffautos genutzt werden. Nähere Angaben wie Material, Gewicht oder Speichervolumen nennt Toyota nicht. Da nicht viele Materialien geeignet sind, Wasserstoff dauerhaft an der Diffusion zu hindern, dürfte es sich bei der Hülle um einen Carbonfaser-Verbundstoff handeln.
Die Wasserstoff-Kartuschen sind nach Angaben von Toyota leicht genug, um sie im Rucksack zu transportieren.
Bild: Toyota
Toyotas Tochterfirma Woven stellte einen Prototyp vor zwei Jahren erstmals der Öffentlichkeit vor. Die Wasserstoff-Patrone hat ausdrücklich multifunktionale Verwendungsmöglichkeit: Sie soll in Gebieten ohne Stromnetz als Energiespeicher zum Kochen oder für Beleuchtung dienen. Dazu passt der Wasserstoff-Kocher, den das Unternehmen Rinnai Corporation parallel zum ersten Protoyp der Wasserstoff-Kartusche präsentierte. Hinzu kommt nun auch die Elektromobilität.
Im Wasserstoffauto selbst wird das H2 entweder tiefkalt flüssig bei -253 Grad Celsius (eher Lkw) oder gasförmig unter hohem Druck (350-700 bar) gespeichert. Die Tanks für die Verflüssigung sind doppelwandig und sehr stark isoliert, um die Abdampfverluste zu reduzieren. Weil die Energiedichte von Wasserstoff hoch ist, lässt sich der Kraftstoff ähnlich schnell für das Fahrzeug tanken wie Benzin oder Diesel.
Woher kommt Wasserstoff zum Tanken?
Derzeit ist grüner Wasserstoff weit rarer als Strom aus Photovoltaik oder Windenergie. Was in den aktuell 84 deutschen Wasserstoff-Tankstellen, die den Kraftstoff für Pkw anbieten, aus dem Druckschlauch kommt, wird in Raffinerien aus Methan, Benzin, Kohle und anderen fossilen Bodenschätzen gewonnen. Je nachdem, welches Verfahren dabei zum Einsatz kommt, spricht man von blauem (aus Methan oder Kohle, anfallendes CO2 wird unterirdisch gespeichert), grauem (CO2 entweicht) oder türkisem (aus Methan, Kohlenstoff fällt an) Wasserstoff. Seine Herkunft ist also derzeit kaum grün.
Was kostet ein Kilo Wasserstoff?
Derzeit liegt der Preis von Wasserstoff recht hoch und ist dazu noch volatil: Das Kilo kostet je nach Standort derzeit zwischen 12 und 21 Euro für Pkw, für Lkw liegt der Vertriebspreis einen Euro niedriger. (Stand 15. Februar 2025, hier eine Übersichtskarte der H2-Tankstellen mit aktuellen Preisen für Endkunden).
Wenn zukünftig in großem Stil grüner Wasserstoff aus Elektrolyse von Wasser gewonnen wird, fällt zusätzlich nur Sauerstoff (O2) an. Allerdings ist die Herstellung aktuell noch etwa dreimal so teuer wie die konventionelle Produktion. Mehrere Studien prognostizieren, dass bis 2050 die Produktionskosten von grünem H2 auf das Niveau von grauem H2 sinken können. Doch die Formel für günstige Mobilität scheint Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen auch zukünftig nicht abzubilden.
Wie hoch ist der Bedarf an Wasserstoff?
Aktuell werden rund 1,7 Mio. Tonnen grauer Wasserstoff pro Jahr in Deutschland verarbeitet. Wie hoch der Bedarf an grünem Wasserstoff zukünftig sein wird, ist schwer vorherzusagen. Sicher ist: Es werden mehrere Millionen Tonnen sein. Plante die "Nationale Wasserstoffstrategie" noch den Aufbau von mindestens 10 Gigawatt Elektrolyse-Kapazität bis 2030 allein in Deutschland, liegen die Prognosen mittlerweile deutlich darüber.
So rechnet der Nationale Wasserstoffrat in seiner Analyse aus dem Februar 2023 für das Jahr 2030 mit einem Bedarf an grünem Wasserstoff in Höhe von 56 bis 93 Terawatt (TWh) und einer benötigten Elektrolyseleistung von 23 bis 39 Gigawatt – die nicht alle im Inland produziert sein müssen. Rechnet man den Bedarf für die Chemie-Industrie hinzu, der laut dem Papier mutmaßlich nicht durch klimaneutralen Wasserstoff gedeckt werden kann, sind es sogar 92 bis 129 Terawatt. Der Wasserstoffbedarf für Pkw wird allerdings zumindest für 2030 als relativ gering eingeschätzt. Die überwiegende Form der Mobilität wird dann mit Elektroautos stattfinden.
Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?
Ein Wasserstoffauto wandelt entweder Wasserstoff in einer Brennstoffzelle in Strom um oder verbrennt ein explosives Gasgemisch in einem traditionellen Viertaktmotor. Für beide Antriebsarten gibt es Beispiele. Während das Prinzip der Brennstoffzelle feststeht und lediglich weiter optimiert wird, ist der Wasserstoff-Verbrenner noch Gegenstand der Forschung.
Im Januar 2024 kostete ein Kilo Wasserstoff an deutschen Tankstellen 13,85 Euro (für Pkw). Wasserstoff hat eine höhere Energiedichte als Diesel.
Bild: Toyota
So funktioniert der Antrieb
Brennstoffzelle: Es gibt Autos, die Wasserstoff mittels Brennstoffzelle in Strom umwandeln. Da die Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle relativ gleichförmig abläuft, sich also nicht schnell hoch- und herunterfahren lässt, benötigt ein Brennstoffzellenauto zusätzlich eine kleine Puffer-Speicherbatterie, aus der bei hohem Bedarf – zum Beispiel beim Überholen – zusätzlicher Strom beigesteuert wird. Der Strom treibt – wie beim vollelektrischen Elektroauto – einen Elektromotor an. Weil der benötigte Akku klein ist, ist die CO2-Belastung durch seine Herstellung relativ gering. Der Toyota Mirai ist so ein Brennstoffzellen-Fahrzeug. In einer Brennstoffzelle werden jeweils gasförmiger Wasserstoff (chemisches Symbol H) und Luftsauerstoff (O) zusammengebracht mittels umgekehrter Elektrolyse. Man nennt dies auch "kalte Verbrennung". Dabei entstehen elektrischer Strom und Wasserdampf.
Wasserstoff-Verbrennungsmotor: Wasserstoff kann aber auch dazu genutzt werden, Verbrennungsmotoren zu betreiben. Ein solcher Wasserstoff-Verbrennungsmotor muss aber sehr hohen Anforderungen genügen, weil Wasserstoff anders verbrennt als Benzin oder Diesel. Da Wasserstoff außerdem erst bei minus 235 Grad flüssig wird, muss die gesamte Tankanlage hohen Drücken widerstehen. Hinzu kommen weitere Probleme im Motor, weil Wasserstoff beim Verbrennen Schmierstoffe angreift und selbst keine Schmierung bietet.
Wasserstoffautos: Vor- und Nachteile
Was sind die Vorteile von Wasserstoffautos?
Die theoretischen Vorteile von Wasserstoff im Verkehrssektor sind die mögliche große Reichweite, das schnelle Betanken (es dauert wie beim herkömmlichen Verbrenner nur wenige Minuten) und seine Umweltfreundlichkeit – sofern es sich um grünen Wasserstoff handelt, der aus erneuerbaren Energien erzeugt wurden. Anders als Diesel oder Benziner stoßen Fahrzeuge mit Brennstoffzellentechnik im Betrieb weder Feinstaub, Stickoxide noch CO2 aus, als Abfallprodukt entsteht lediglich Wasser(dampf).
Welche Vorteile hat der Brennstoffzellenantrieb?
Ein Brennstoffzellenauto wird vom Prinzip her elektrisch angetrieben. Doch was ist nun besser: Wasserstoffauto oder E-Auto? Der wichtigste Unterschied: Beim Wasserstoffauto entfällt das zeitraubende Laden des Fahrakkus. Wasserstoff wird meist unter hohem Druck gasförmig bei 350 bar (Lkw, Bus) oder 700 bar (Pkw und leichte Nutzfahrzeuge) in Minutenschnelle getankt und gespeichert. Der zweite große Vorteil ist die Reichweite: Ein Tank von 5,5 kg Wasserstoff reicht für 500 km Reichweite – deutlich weiter als die meisten Elektroautos mit einer Akkuladung fahren können.
So spart ein Auto mit Brennstoffzelle vor allem erhebliches Akkugewicht. Beispielsweise wiegt der Akku eines Audi Q8 e-tron 700 Kilogramm. Bei einem Wasserstoffauto fällt neben der Brennstoffzelle lediglich ein zusätzlicher H2-Tank an. Das ersparte Gewicht erhöht die Reichweite oder kommt der Zuladung zugute. Die bisher in Großserie gefertigten Wasserstoffautos sind deutlich leichter als gleichgroße E-Autos: Hyundai Nexo und Toyota Mirai (1. Generation) wiegen jeweils etwas mehr als 1,8 Tonnen.
Wasserstoffautos stoßen ebenso wie Elektroautos lokal keine Emissionen aus, beide Systeme arbeiten im Betrieb CO2-neutral. Beim Wasserstoffauto ist das Abfallprodukt aus dem Oxidieren von Wasserstoff reiner Wasserdampf, der nach dem Abstellen des Autos ausgestoßen wird.
Weil beim Umwandlungsprozess der Wasserstoff-Fusion auch Wärme entsteht, entsteht in einem Brennstoffzellenauto in der kalten Jahreszeit weniger Bedarf an elektrischer Heizenergie wie in einem E-Auto. Im Gegenteil: Die Abwärme hilft dabei, den Innenraum zu heizen. Ein nicht zu unterschätzender Komfortgewinn im Winter!
Woraus besteht eine Brennstoffzelle?
Die Brennstoffzelle in Fahrzeugen ist meist eine Polymer-Elektrolyt-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.
Beim Toyota Mirai steckt die kompakte Brennstoffzelle unter der vorderen Haube.
Bild: AUTO BILD / Matthias Brügge
Die Elektronen zieht es ebenfalls auf die andere Seite zur Kathode, doch der Weg durch den Separator ist ihnen verwehrt. Daher müssen sie den Umweg über die Stromleitung durch den E-Motor nehmen. Auf der anderen Seite angekommen, ist der Stromkreis geschlossen.
Wie kann man eine Brennstoffzelle noch verbessern?
Das zentrale Herzstück der Brennstoffzelle ist die Polymer-Elektrolyt-Membrane (PEM). Mehrere Unternehmen arbeiten an ihrer Weiterentwicklung. So hat sich zuletzt ein Konsortium aus Kia, Hyundai und Gore zusammengeschlossen, die nächste Generation dieser Membran zu entwickeln. Sie ist zentral dafür, wie langlebig und leistungsfähig die Brennstoffzelle ist. Zunächst geht es dabei um Brennstoffzellen für Nutzfahrzeuge. Die Ergebnisse sollen aber auch in den Bau von Wasserstoff-Pkw wie auch bei Anwendungen im nicht-automobilen Bereich einfließen.
Welche Vorteile hat ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor?
Ein Wasserstoffmotor basiert mit Ausnahme des Treibstoffsystems eher auf konventioneller Verbrennertechnik. Er verzichtet daher auf die aufwendige Technik der Brennstoffzelle. In einem Wasserstoffmotor wird H2 direkt als Kraftstoff verwendet, also verbrannt. Dabei wird die aus dem Chemieunterricht bekannte Knallgasexplosion genutzt, bei der der Wasserstoffanteil des Zündgemisches über 18 Prozent liegen muss.
Als Abbauprodukte entstehen nur Wasserdampf und Stickoxide – im Gegensatz zu anderen Verbrennern, bei denen CO2, Stickoxide und Ruß aus dem Auspuff kommen. BMW baute bereits 1979 den ersten Wasserstoff-Vierzylinder, stellte die Entwicklung jedoch 2012 mit dem 7er-Umbau Hydrogen 7 (E68) ein. Da der Wasserstoffmotor nur halb so viel Wirkungsgrad wie ein Elektromotor besitzt, scheint er – zumindest bei Wasserstoffautos – eine technologische Sackgasse zu sein. Inzwischen beschäftigen sich verschiedene Motorenbauer – darunter die Deutz AG – mit der Technologie.
Was planen BMW und Toyota mit ihrer Brennstoffzellenkooperation?
Toyota und BMW haben Ende 2024 eine weitreichende Kooperation zur Produktion von Brennstoffzellenautos verkündet. Gerade Toyota weist schon große Erfahrungen mit dem Hydrogen-basierten Antrieb auf, bereits die zweite Generation des Toyota Mirai mit Brennstoffzelle ist weltweit auf den Straßen unterwegs (hier ein Kommentar zum Toyota Mirai). Die Kooperation fächert die Möglichkeiten für emissionsfreie Fahren weiter auf, schließlich kann Toyota als Massenhersteller Kosteneffizienz beisteuern, BMW ermöglicht den Zugang zum Premiumsegment. Erfahrungsgemäß bereiten Käufer von Oberklassemodellen mit innovativer Technik oft deren Weg in den Massenmarkt.
Mit dem BMW iX5 Hydrogen testet BMW den Wasserstoffantrieb, ab 2028 soll die Technik in Serie gehen. Noch ist nicht klar, in welchem Modell.
Bild: Tom Kirkpatrick
Was ist über den Wasserstoffmotor von Bosch bekannt?
Gleichzeitig wird weiter an dem Prinzip geforscht. Der Zulieferer Bosch präsentierte Anfang 2024 die Entwicklung von Komponenten für einen Wasserstoffmotor, der Mitte der 20er-Jahre auf den Markt kommen soll. Dabei wurde das Problem der Schmierung und der Reaktion des Wasserstoffs mit Teilen des Motors gelöst. Weitere Details sind bisher nicht bekannt.
Toyota testet einen umgebauten Wasserstoff-Yaris schon im Rennsport, der H2 verbrennt (also nicht mit Brennstoffzelle arbeitet). Auch stellte der Motorenhersteller Deutz 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 auch in Nutzfahrzeugen, Landwirtschafts- sowie Baumaschinen.
Wo liegen die Nachteile von Wasserstoffautos?
Die Nachteile von Wasserstoffautos liegen vor allem in Herstellung, Logistik, Transport und Lagerung des Energieträgers Wasserstoff. In allen Bereichen der Logistikkette wird Strom benötigt. Damit stellt sich immer die Frage, ob es sich nicht eher lohnt, grünen Strom direkt in Elektroautos zu nutzen, anstatt ihn über Elektrolyse zu H2 zu veredeln und dabei in mehreren Schritten zusätzliche Energie aufzuwenden. Allein für die Kühlung gelagerten Wasserstoffs ist viel Energie nötig.
Das zentrale Problem: Wasserstoff kommt ungebunden nicht in der Natur vor, er muss unter Energieaufwand per Elektrolyse aus Wassermolekülen extrahiert werden. Das macht ihn teuer und problematisch in Herstellung wie im Transport; nur mit regenerativer Energie hergestellt ist er umweltfreundlich. Derzeit entsteht Wasserstoff meist unter Aufwand fossiler Energie.
Wie steht es um die Massenfertigung?
Der Brennstoffzellen-Wasserstoffantrieb im Verkehr ist weit von der Massenfertigung entfernt. Wasserstoff ist bisher nur an sehr wenigen Tankstellen erhältlich, entsprechend sind kaum Automodelle mit Brennstoffzelle auf dem Markt, und sie sind sehr teuer. Wer ein neues Wasserstoffauto kaufen will, hat derzeit nur ein Modell zur Wahl: der Toyota Mirai für ab 65.990 Euro. Der Hyundai Nexo ist bis auf Weiteres nicht als Neuwagen erhältlich. Es ist ein wenig wie mit der Henne und dem Ei: Die Volumenhersteller zieren sich, weil die Infrastruktur fehlt – und umgekehrt. Beim gebrauchten Wasserstoffauto wiederum fährt das Reparaturrisiko mit, bei einem Hyundai ix35 FCEV (Vorläufer des Nexo, gebaut 2013-18) war die Reparatur der Brennstoffzelle für 100.000 Euro veranschlagt (AUTO BILD berichtete). Die Ursache: Bisher wurden nur Kleinserien gebaut, angesichts des technischen Fortschritts veralten Bauteile sehr rasch.
* Weitere Informationen zum offiziellen Kraftstoffverbrauch und zu den offiziellen spezifischen CO2-Emissionen und gegebenenfalls zum Stromverbrauch neuer Pkw können dem "Leitfaden über den offiziellen Kraftstoffverbrauch" entnommen werden, der an allen Verkaufsstellen und bei der "Deutschen Automobil Treuhand GmbH" unentgeltlich erhältlich ist www.dat.de.
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Wie groß ist der Wirkungsgrad von Wasserstoffautos?
Der Wirkungsgrad von Wasserstoff ist derzeit schlecht. Selbst mit Solarstrom liegt die Effizienz nur bei rund 15 Prozent. Am Beispiel gerechnet: Mit einer 3-Megawatt-Windturbine lassen sich 1600 E-Autos antreiben – oder 650 mit Wasserstoff. Also ist gegenüber batterieelektrischen E-Autos fast die dreifache Menge an Energie nötig.
Wasserstoffautos haben Vorteile gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen. Allerdings kostet die H2-Produktion viel Strom.
Bild: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.
Wann kommen Wasserstoffautos in großem Stil?
Derzeit gibt es viele Gründe, warum das bezahlbare Wasserstoffauto für alle so bald nicht kommt. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts ist die Nutzung der Brennstoffzellentechnik selbst 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. Als aussichtsreiche Einsatzgebiete bleibt der Einsatz bei Landmaschinen, Schiffen oder in Flugzeugen, weil Wasserstoff hier seine hohe Energiedichte gegenüber der schweren Akkutechnologie ausspielen könnte.
Können Wasserstoffautos explodieren?
Die Explosionsgefahr von Wasserstoffautos ist nicht höher als die von anderen Fahrzeugen mit Drucktank. Die gekapselten Tanks gelten als sehr sicher. 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 das Molekül sich in Gasform extrem schnell. Bei Unfällen droht daher keine besondere Gefahr.
Welche Wasserstoffautos kann man kaufen?
Was das Wasserstoffauto Toyota Mirai ausmacht
Der Mirai der 2. Generation ist eines von aktuell nur zwei Wasserstoffautos mit Brennstoffzelle, die in Serie gefertigt werden. Beim Brennstoffzellenauto ist Toyota Vorreiter – der japanische Hersteller bot von 2015 bis 2020 die erste Generation des Mirai in der Bauform eines SUV-Crossovers an. 2021 legte Toyota den Mirai zum zweiten Mal auf, diesmal als Oberklasse-Limousine. Der aktuelle Basis-Mirai mit 5,5-kg-Wasserstoff-Tank und rund 500 km Reichweite kostet 63.900 Euro.
Hyundai Nexo, das SUV mit Wasserstoffantrieb
Der koreanische Hersteller Hyundai bietet den Hyundai Nexo an, ein mittleres SUV mit 163 PS. Hyundai verspricht bis zu 756 Kilometer Reichweite bei fünfminütiger Tankdauer. Zuletzt kostete der Nexo 77.290 Euro – derzeit ist das Auto nicht bestellbar.
BMW will 2028 neues Brennstoffzellenauto herausbringen
Im Jahr 2028 soll aus der Brennstoffzellenkooperation mit Toyota der erste Großserien-Wasserstoff-BMW herauskommen. Noch steht nicht fest, in welchem Modell, nur dass ein bestehendes Modell zusätzlich mit einer Brennstoffzellen-Antriebsvariante ausgerüstet wird. BMW will so der erste Premiumhersteller werden, der einen Wasserstoffwagen herausbringt. Das Portfolio an anderen Antriebsvarianten, also Elektroautos, Plug-in-Hybride und auch Verbrenner wollen die Münchner damit ergänzen.
Zuletzt nahm BMW ein Kompetenzzentrum für Wasserstoff mit eigener Brennstoffzellenproduktion in Betrieb. Zudem testen die Münchner mit einer Kleinserie des Wasserstoffautos iX5 Hydrogen mit einer Systemleistung von 275 kW (374 PS) den Pilotbetrieb, um den Antrieb zu testen. In seine zwei 700-Bar-CFK-Hochdrucktanks passen bis zu sechs Kilogramm H2 passen.
Stellantis startet Serienproduktion von H2-Transportern
Die Transportersparte des Multi-Marken-Konzerns Stellantis "Pro One" hat Anfang 2024 mit der Serienfertigung von mittleren und großen Lieferwagen mit Brennstoffzelle begonnen. Die Reichweite beträgt laut Hersteller 400 - 500 km, die Betankung ist innerhalb von 4-5 Minuten möglich. Für die beiden vorgesehenen Stellantis-Plattformen werden insgesamt acht Modelle angeboten: Citroën ë-Jumpy und ë-Jumper, Fiat Professional E-Scudo und E-Ducato, Opel/Vauxhall Vivaro und Movano, Peugeot E-Expert und E-Boxer. Die Produktion findet in den Standorten Hordain (Frankreich) und Glewice (Polen) statt. Bisher sind die Wasserstoff-Varianten nicht bestellbar.
Was kosten gebrauchte Wasserstoffautos?
Auch für Wasserstoffautos gibt es einen – vorläufig winzigen – Gebrauchtmarkt: Beim AUTO BILD-Gebrauchtwagenmarkt sind aktuell wenige Dutzend Brennstoffzellenfahrzeuge vom Typ Toyota Mirai und vom Typ Hyundai Nexo gelistet. Der Preis für gebrauchte Toyota Mirai beginnt bei knapp 11.000 Euro für Autos der ersten Generation. Fahrzeuge der 2. Generation (ab 2020) beginnen bei etwa 25.000 Euro. Der Hyundai Nexo kostet ab etwa 14.000 Euro. Dafür gibt es sechs bis sieben Jahre alte Autos mit rund 100.000 km auf dem Tacho.
Wenig Erfahrungen gibt es mit der Haltbarkeit des Herzstücks, der Brennstoffzelle. Sie sind technisch eher Neuland. Toyota gibt eine Haltbarkeitsgarantie für 100.000 km. Kürzlich bekam der Besitzer eines Hyundai mit defekter Brennstoffzelle einen Kostenvoranschlag über 100.000 Euro, er streitet seitdem mit Hyundai über eine Rücknahme des Fahrzeuges.
* Weitere Informationen zum offiziellen Kraftstoffverbrauch und zu den offiziellen spezifischen CO2-Emissionen und gegebenenfalls zum Stromverbrauch neuer Pkw können dem "Leitfaden über den offiziellen Kraftstoffverbrauch" entnommen werden, der an allen Verkaufsstellen und bei der "Deutschen Automobil Treuhand GmbH" unentgeltlich erhältlich ist www.dat.de.
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Was kostet das Kilo Wasserstoff als Auto-Kraftstoff?
Aktuell kostet Wasserstoff an deutschen Tankstellen zwischen 9 und 21 Euro pro Kilogramm (Stand 15. Februar 2025). Was teuer klingt, relativiert sich angesichts der Energiedichte von H2: Der Toyota Mirai der zweiten Generation verbraucht nach WLTP rund 0,9 Kilogramm auf 100 km. Damit liegt man mit dem aktuellen Preis bei 8,55 Euro auf 100 km. So fährt der Mirai kostenmäßig ungefähr gleich teuer wie Elektroautos vom Typ VW ID.3 oder Verbrenner wie der VW Golf 1.5 TSI.
Wie entwickelt sich der Wasserstoff-Preis in Zukunft?
Das hängt vor allem von den Strompreisen ab, insbesondere vom Grünstrom-Preis. Einer Studie des "Journal of Sustainable Development" zufolge sank der Produktionspreis für Strom aus Offshore-Windanlagen in Deutschland zwischen 2010 und 2021 um 54 Prozent; in Großbritannien um 74 Prozent, bei steigender Kapazität. Solcher Windstrom wird als der am kosteneffektivste Strom zur Produktion von grünem Wasserstoff angesehen.
In der Folge errechnet die Studie mögliche Produktionskosten von nur mehr 5,4 US-Dollarcent pro kWh, das wären 5 Eurocent. Allerdings kämen Transport- und Logistikkosten hinzu. Das könnte jüngsten Studien zufolge in Wasserstoffpreisen von 6 Euro/kg auf Basis von Solarstrom und auf rund 4 Euro/kg bei Windstrom-Nutzung münden. Dies zugrunde gelegt, könnte Wasserstoff bei großer Verfügbarkeit tatsächlich eine günstige Energiequelle werden.
Wann lohnt sich ein Wasserstoffauto?
Angesichts der Preisentwicklung für fossile Treibstoffe könnte sich das Verhältnis noch zugunsten von Wasserstoff verschieben, allerdings ist sein Preis in gewisser Weise an den für Gas und Öl gekoppelt, denn das sind noch die Basisprodukte.
Entscheidend sind die Produktionskosten für grünen Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser hergestellt wird. Laut einer Studie von Aurora Energy Research kann dieser frühestens 2030 in einzelnen europäischen Ländern für rund 3 Euro pro Kilogramm hergestellt werden und damit Kostenparität mit blauem Wasserstoff (aus Erdgas mit Speicherung des freigesetzten Kohlendioxids) erreichen. Die vielfach für die Wettbewerbsfähigkeit mit grauem Wasserstoff propagierte Grenze von 2 Euro werde in Europa dagegen erst um das Jahr 2050 erreicht.
Wie viele Wasserstofftankstellen gibt es in Deutschland?
Nicht allzu viele. Derzeit gibt es weltweit 814 H2-Tankstellen. Davon stehen in Deutschland 84 H2-Tankstellen, sieben stehen vor der Inbetriebnahme, neun sind in Planung. Lkw und Busse können an insgesamt 84 Stationen tanken. Meist sind die Tankstellen in und um Metropolen oder an Verkehrsknotenpunkten angesiedelt. Zum Vergleich: Bundesweit waren Ende 2023 exakt 14.377 Tankstellen für Benzin und Diesel in Betrieb.
Noch ist die Zahl der Tankstellen in Deutschland, an denen Wasserstoff erhältlich ist, verschwindend gering. Aber das H2-Tankstellennetz wächst schnell.
Bild: H2 Mobility
Einen Überblick, wo die nächste Wasserstofftankstelle in Europa zu finden ist, gewährt die Website h2.live. Sie zeigt auch an, was H2 an der jeweiligen Station kostet, welche Wasserstoff-Station gerade wegen Wartung außer Betrieb ist und welche demnächst eröffnet wird. Das Wachstum ist durchaus beachtlich: Die erste öffentliche H2-Tankstelle der Welt wurde vor rund 20 Jahren eingeweiht. Allerdings ging die Nachfrage nach Wasserstoff zum Tanken zuletzt zurück.
Wie sauber ist Wasserstoff aktuell?
Wasserstoff ist 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). Das Klimagas CO2 entweicht dabei.
Umstritten ist 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 wird erklärt, warum das Wasserstoffauto so bald nicht kommt.
Wie wird Wasserstoff produziert?
Wasserstoff existiert nicht ungebunden in der Natur, sondern muss relativ energieaufwändig hergestellt werden. Derzeit wird Wasserstoff bislang überwiegend aus Methan gewonnen, also dem Hauptbestandteil von fossilem Erdgas. Bis 2030 will Deutschland neun Milliarden Euro investieren, um eine Produktionskapazität für grünen Wasserstoff (gewonnen mittels Elektrolyse aus Wasser) von fünf Gigawatt aufzubauen. Das entspricht der Leistung von drei bis vier mittelgroßen Atomkraftwerken. Wirtschaftsminister Robert Habeck geht davon aus, dass ein Drittel des benötigten Wasserstoffs in Deutschland erzeugt werden kann, zwei Drittel müssten importiert werden.
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Aktuell wird in Deutschland fast ausschließlich grauer Wasserstoff hergestellt. Das liegt auch daran, dass die Herstellung von grünem H2 noch sehr teuer ist. Dies wiederum liegt unter anderem daran, dass leistungsfähige Elektrolyseure zwar am Markt sind, ihre Herstellung aber noch größtenteils in Handarbeit erfolgt. Für die Bundesregierung ist Wasserstoff ein "Schlüsselelement für die Energiewende". Verschiedene Produktionsanlagen für grünen Wasserstoff entstehen bereits.
Größte Wasserstofffabrik Deutschlands entsteht in Baden-Württemberg
Mittlerweile gehen mehrere Großunternehmen den Schritt zur industriellen Fertigung und bauen – gefördert von Programmen von Bund und Ländern – leistungsfähige Elektrolyseanlagen. Dazu gehören zum Beispiel Thyssenkrupp, Siemens oder Bosch.
2023 wurde in Schwäbisch Gmünd (Baden-Württemberg) der Grundstein der bisher größten Produktionsanlage für grünen Wasserstoff in Deutschland gelegt. Sie soll nach Fertigstellung täglich vier Tonnen Wasserstoff aus Solar-, Wasser- und Windenergie herstellen. Mit dieser Menge könnten 4000 Brennstoffzellenautos vom Typ Toyota Mirai jeweils 100 km weit fahren.
In Schwaben investiert das französische Unternehmen LHYFE. Es will einer der führenden Produzenten von grünem Wasserstoff in Europa werden. LHYFE wurde 2017 gegründet und betreibt mehrere Anlagen in Frankreich sowie die erste Offshore-Wasserstoffproduktion in einem Übersee-Windpark. Der Wasserstoff aus Schwäbisch Gmünd wird direkt im umgebenden Industriegebiet sowie an einer benachbarten Wasserstofftankstelle verbraucht. Die EU fördert die Anlage mit 6,4 Millionen Euro, auch das Land Baden-Württemberg gibt Geld dazu.
So könnte grüner Wasserstoff auf hoher See gewonnen werden
Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg hat 2023 dargestellt, dass die Produktion von Wasserstoff mit Hilfe von Offshore-Windkraftanlagen direkt auf dem Meer möglich ist. Damit ließe sich Wasserstoff in großen Mengen in maritimen Windparks herstellen und per Tanker an Land bringen.
Der Toyota Mirai kommt mit 5,5 kg Wasserstoff rund 500 km weit.
Bild: Fraunhofer ISE
Die Wissenschaftler skizzierten die Wasserstoff-Produktion so: Auf dem Meer entstünde eine Elektrolyseplattform, die wie eine Bohrinsel direkt neben einem 500-MW-Windpark verankert wird. Das notwendige Wasser wird dem Meer entnommen. Entsalzen und gereinigt wird es durch die Abwärme der Elektrolyse. Der komprimierte Wasserstoff gelangt als 400-Tonnen-Paket per Schiff zur Küste. Eine solche Anlage könnte laut ISE 50.000 Tonnen Wasserstoff jährlich erzeugen. Genug Energie, damit zum Beispiel eine Million Toyota Mirai je 5000 Kilometer weit fahren können.
Honda will in Deutschland H2-Produktion beginnen
2024 kündigte auch Honda an, am hessischen Firmenstandort Offenbach eine Produktionsstätte für grünen H2 zu bauen. Die Anlage verwendet zur Elektrolyse überschüssigen Solarstrom aus Fotovoltaikanlagen. Damit will Honda eine Testumgebung für Herstellung, Nutzung und Optimierung von H2-Energiesystemen schaffen. Die Anlage umfasst deswegen nicht nur die reine Produktion, sondern auch bidirektionale Ladesysteme, eine Speichereinheit aus Fahrakkus im Second Life sowie mehrere Elektroautos und Wasserstoffautos. Mit anderen Worten: ein kompletter Versuchsaufbau.
Von wo Deutschland Wasserstoff importieren will
Die Bundesregierung setzt zum Import von Wasserstoff unter anderem auf internationale Kooperationen. Ende September 2023 kündigten Deutschland und Großbritannien an, bei der Produktion von "grünem" Wasserstoff enger zusammenarbeiten zu wollen. Zurzeit wird auch daran gearbeitet, aus Kanada ab 2025 eine relevante Menge an Wasserstoff zu importieren, ab 2030 sollen es große Mengen Wasserstoff aus Australien sein. Beide Staaten fördern aktive Projekte zum Aufbau einer Lieferkette für grünen Wasserstoff. Schottland bot jetzt an, seine geplante Produktion von grünem Wasserstoff, von Offshore-Windkraftanlagen gespeist, teilweise an Deutschland zu verkaufen.
Auch Skandinavien kommt als Lieferregion infrage: So soll in wenigen Jahren Wasserstoff über eine 140 Kilometer lange Rohrleitung durch die Ostsee geleitet werden. Laut dem Netzbetreiber Gascade handelt es sich bei dem Energieträger um "grünen" Wasserstoff. Strom aus Offshore-Windkraftanlagen rund um die Insel Bornholm dient zur Produktion.
Gespräche laufen überdies mit Ländern in Afrika, also Regionen mit reichlich Sonnenschein. Für Westafrika wurde bereits ein sogenannter Potenzialatlas zusammengestellt.
Was halten die Menschen von Wasserstoffautos?
Das Thema Wasserstoff stößt derzeit auf großes Interesse. Viele Autofahrer hoffen auf Wasserstoff und Brennstoffzelle als Antriebstechnik der Zukunft – mehr noch als auf Elektromobilität. Das bewiesen unter anderem eine im Frühjahr 2022 veröffentlichte Studie von mobile.de und eine Civey-Umfrage für das Magazin "Spiegel". Auch bei AUTO BILD werden Artikel über Wasserstoffautos stark nachgefragt.
Die Experten sind sich aber einig: Die Zukunft des Straßenverkehrs in Deutschland und der Welt wird eher von Elektroautos bestimmt, die ihre Energie ausschließlich aus einer Batterie beziehen.
Derzeit stehen die Chancen eher schlecht fürs Wasserstoffauto. Sie fahren zwar blitzsauber, aber die Energiebilanz ist eher mau. Das Tankstellennetz hat große Löcher, und wie lange halten Brennstoffzellen? Immerhin: BMW will ab 2028 im Premiumsegment mit Wasserstoffautos punkten. Das könnte die Chancen fürs H2-Auto verbessern.
