Akku vs. Wasserstoff: Vor- und Nachteile von Brennstoffzelle und 'Elektroauto' - UPDATE

31.05.2017 13:26 Uhr | geronimo

30.05.2017, 17:33 Uhr:
Wir hatten jetzt die Möglichkeit, das Brennstoffzellen-Auto Toyota Mirai einem ausführlichen Test zu unterziehen. Dabei drängt sich der Vergleich mit einem anderen Fahrzeugkonzept auf, nämlich dem batteriebetriebenen E-Auto, das beispielsweise durch das ebenfalls getestete Tesla Model S vertreten wird. Denn jede Technologie hat durchaus ihre positiven Seiten, doch auch die negativen Aspekte dürfen nicht vernachlässigt werden. Am Ende scheint das Rennen erstaunlich offen zu sein

In unserem Test des Toyota Mirai (hier Teil 1, Teil 2 und Teil 3) hat sich ganz schnell ganz klar gezeigt, wo Wasserstoff seine unbestreitbaren Vorteile gegenüber dem Aufladen eines Akkus hat: bei der Tankzeit. Ungeachtet der Tatsache, dass unser Testfahrzeug wegen eines Defekts am Tanksystem nicht die volle Menge Wasserstoff aufnehmen konnte, konnte doch festgestellt werden, dass der gesamte Tankvorgang vom Einschieben der Tankkarte über die Eingabe der PIN, das Druckbetanken des Fahrzeugs und dem abschließenden Ausdruck des Belegs rund 5 Minuten vergehen, wobei der eigentliche Tankvorgang inklusive Systemprüfung auch noch vollautomatisch abläuft. Im Anschluss stehen bei 5 kg getanktem „Kraftstoff“ realistische 400 bis knapp an die 500 km Reichweite zur Verfügung. Das geht schnell, ist bequem und zudem auch im Vergleich zum Tanken von Benzin oder Diesel eine saubere Sache.

Allerdings darf nicht verschwiegen werden, dass die Technik zumindest aktuell noch sehr störanfällig zu sein scheint, wie sich an zahlreichen außer Betrieb befindlichen Tankstellen ablesen lässt. Eine solche Häufung von Störungen, Defekten und Ausfällen ist angesichts von aktuell nur knapp über 20 Tankstellen natürlich sehr auffällig. Hier einige Beobachtungen aus den vergangenen 10 Tagen, von denen unser Test mehr oder weniger direkt betroffen gewesen ist:

  • Wuppertal: nach unserem Tankvorgang in den Offline-Modus gegangen und längere Zeit nicht verfügbar
  • Geiselwind: Ende April umgefahren, aber in den vergangenen fast 5 Wochen immer noch nicht repariert worden
  • Limburg: erst vor rund 3 Wochen eröffnet, aber seit 24.05. nicht bereit
  • Offenbach: vergangene Woche nur Teilbetankungen möglich (siehe unseren Testbericht, Teil 2)

Doch auch andernorts hakt es immer wieder, wie die interaktive Karte des Projektplaners Clean Energy Partnership (CEP) zeigt. Egal wann man diese aufruft, es sind immer gleich mehrere Zapfstationen rot markiert, also nicht verfügbar. Als Beispiel: ganz aktuell können Tanksäulen in Geiselwind, Geisingen, Hamburg, Limburg, Metzingen und Unterschleißheim nicht genutzt werden. Gleichzeitig war an unserem Testfahrzeug ein Defekt zu beklagen, der eine vollständige Betankung der beiden Drucktanks mit 700 bar nicht zugelassen hat. Insgesamt scheint es also deutlich anspruchsvoller zu sein, einen extrem flüchtigen Stoff mit dem rund 300-fachen Druck eines Autoreifens in einen Behälter zu füllen, als einen „simplen“ Tank mit einer Flüssigkeit wie Benzin oder Diesel volllaufen zu lassen. Oder als einen Stecker in eine Steckdose zu stecken und einen Akku aufzuladen. Doch vieles davon darf man auch als Kinderkrankheiten verbuchen, die sich in den Griff kriegen lassen.

Erschwerend hinzu kommt allerdings der Platzbedarf der Wasserstoff-Tankstellen. Der ist nämlich aufgrund des benötigten Lagers für den nur relativ gering komprimierten Wasserstoff, sowie der Technik inklusive Kompressor ziemlich gewaltig. Auf der gleichen Fläche würde Tesla locker 6 bis 10 der hauseigenen Supercharger unterbringen. Aktuell ist es nur schwer vorstellbar, dass der Platzbedarf nachhaltig sinkt und die gesamte Technik irgendwann unter der Erde verschwindet. Und dort müsste sie sich den Platz auch noch mit anderen Kraftstoffen teilen. Ein weiteres Problem ist die Versorgung der Tankstellen mit dem benötigten Rohstoff. Pro einzelner Fahrt kann bei Wasserstoff nicht die vergleichbare Energiemenge von Benzin oder Diesel geliefert werden, weshalb Transporte zunehmen werden. All dies spielt beim Akku-Fahrzeug – das im Volksmund als Elektroauto bezeichnet wird, obwohl das ein Brennstoffzellen-Fahrzeug im Prinzip auch ist (deshalb die Anführungsstriche in der Überschrift) – keine Rolle, denn die Verteilung von Strom ist oftmals über bereits vorhandene Systeme möglich und kann auch problemlos dezentral erfolgen.

Das Aufladen der Akkus geht aber durchaus mit gewaltigen Nachteilen einher, allen voran die langen Ladezeiten (Tesla benötigt für die gleiche Reichweite wie der Mirai über eine Stunde). Prinzipiell stellt sich aber auch die Frage, woher all die Energie für ganzen Batterien stammen soll, gerade nach der beschlossenen „Energiewende“. Im Idealfall stammt diese aus regenerativer Erzeugung, also beispielsweise Wind- oder Solarenergie. Doch diese wird vornehmlich tagsüber produziert, während die Autos unterwegs und nicht in der Nähe ihrer Ladestation sind. Und hier könnte Wasserstoff in der Tat als Zwischenträger ins Spiel kommen, der umweltfreundlich produziert und an Tankstellen getankt wird. Ganz unabhängig von den Kosten dieser Erzeugung scheint dies zumindest eine Alternative zum Akku zu sein, vor allem für diejenigen, die keine Stromversorgung am Parkplatz haben, um einen Akku aufzuladen. Allerdings muss sich zeigen, ob die Nachteile und die Kosten den massenhaften Einsatz in einem Pkw überhaupt sinnvoll machen, oder ob die Brennstoffzelle in größeren Fahrzeugen wie Bussen und Lkw, aber auch Lokomotiven und Schiffen nicht besser aufgehoben ist.

Beim flächendeckenden Einsatz von Wasserstoff könnte es nämlich durchaus noch zu anderen Problemen kommen. Wie uns Toyota mitgeteilt hat, produziert alleine der Mirai pro 100 km rund 8 Liter Wasser. Da diese Angabe auf dem Werksverbrauch von 0,76 kg Wasserstoff pro 100 km basieren dürfte, erscheint angesichts eines ermittelten Verbrauchs von 1,1 kg auch eine zweistellige Menge möglich zu sein. Ein Teil davon wird als gasförmiger Wasserdampf ausgestoßen, doch ein anderer Teil gelangt als flüssiges Wasser direkt auf die Straße. Bei entsprechend vielen Fahrzeugen und entsprechend niedrigen Temperaturen könnte daraus durchaus ein mehr oder weniger massives Glätte-Problem entstehen. Bei Toyota hält man das Szenario auch für nicht ausgeschlossen, weist aber auch darauf hin, dass es hierzu bislang weder Erfahrungen noch konkrete Tests gibt.

Fazit: Auf den ersten Blick erscheint Wasserstoff eine sinnvolle Alternative zum Aufladen eines Akkus zu sein. Regenerativ erzeugte Energie lässt sich so zwischenspeichern und unabhängig von der Tageszeit „laden“, und das auch noch innerhalb weniger Minuten. Doch zum einen zeigen sich zumindest derzeit ganz gewaltige Schwierigkeiten bei der Nutzung, zum anderen ist es halt doch nicht so, wie so manche argumentieren, nämlich dass die Infrastruktur von vorhandenen Tankstellen genutzt werden kann. Kann sie nicht, denn es ist eine komplett andere Technik, die auch noch viel Platz und eine aufwendige Logistik drumherum benötigt. Und in Wohngebieten dürfte es so manchen Protest geben, wenn beim Thema Wasserstoff an das Knallgas aus dem Chemie-Unterricht gedacht wird.

Dennoch könnte Wasserstoff eine Chance haben, denn die massenhafte Versorgung und auch der flächendeckende Zugang zu Lademöglichkeiten für Elektroautos ohne eigenen Stellplatz lässt sich nicht so ohne weiteres bewerkstelligen. Und nicht überall ist das Stromnetz auf dem Niveau, das in Mitteleuropa üblicherweise vorhanden ist, was durchaus zu Ausfällen führen kann. Insofern sollte man die Wasserstoff-Technologie keinesfalls für tot erklären, auch wenn Elektroautos mit Akku durchaus ihre Vorteile und aktuell auch einen (deutlichen) Vorsprung bei der Entwicklung haben. Mittelfristig könnte die Brennstoff-Zelle eine Alternative werden, die parallel zum Akku (und auch zum herkömmlichen Verbrenner) angeboten wird und sich durchaus ihren Marktanteil erkämpfen kann. Wie hoch der sein wird, bleibt abzuwarten.

Update, 31.05.2017, 15:26 Uhr: Hier noch ein Nachtrag zu einem Bereich, der in der obigen Übersicht nur am Rande angesprochen wurde. Ein gewichtiges Argument gegen Wasserstoff als Energieträger ist nämlich der Energiebedarf bei der Produktion. Bei CEP macht man dazu folgende Angabe:

Der Strombedarf für die Herstellung von Wasserstoff im Elektrolyseverfahren direkt an der Tankstelle liegt in der CEP derzeit bei ca. 55 kWh / kg H2 bei einem angenommenem Wirkungsgrad von > 60 Prozent.

Andere Quellen sprechen sogar von noch höheren Werten, die bis zu benötigten 70 kWh für ein Kilogramm Wasserstoff reichen. Es gibt aber auch Berechnungen, die bei anderen Produktionsverfahren von (wesentlich) niedrigeren Werten ausgehen, die aber immer noch im (deutlich) zweistelligen Bereich bleiben.

Zum Vergleich: mit einem kg Wasserstoff konnten wir in unserem Test durchschnittlich 91 km weit fahren (bei einzelnen Etappen +/- 20 km je nach Fahrweise und Streckenprofil). Ein neuer, aber kaum verfügbarer Opel Ampera-e hat eine Speicherkapazität des Akkus von 60 kWh und kommt damit realistische 350 bis 450 km weit. Ein mit gleicher Kapazität ausgestattetes, aber um einiges schwereres Tesla Model S schafft immer noch locker die drei- bis fast vierfache Reichweite. Die Chancen von Wasserstoff hängen also auch davon ab, inwieweit die Produktionskosten in den Griff bekommen werden.

Meinung des Autors

Es gibt durchaus einige Stimmen, die die Nutzung von Wasserstoff in einem Pkw schlicht für einen teuren Irrweg halten. Und in der Tat gibt es auch einige gute Argumente gegen die Technologie. Doch es gibt auch mindestens ebenso viele gute Gründe für die Brennstoffzelle, und Firmen wie Mercedes oder Toyota würden nicht viel Geld in die Forschung stecken, wenn sie es von vornherein Zweifel hätten. Für die "Weltherrschaft" wird es aber ganz sicher nicht reichen.

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