Sind Wasserstoff-Fahrzeuge die Zukunft?

Viele denken, dass Elektrofahrzeuge nur eine Übergangslösung sind und Wasserstroff-Fahrzeuge die Zukunft sind. Wieso?

  • Man kann in 3-5 Minuten Volltanken
  • Das vorhandene Tankstellennetz kann verwendet werden
  • Es ist Lokal emissionsfrei
  • Es kann CO2 Frei gefahren werden
  • über 600km Reichweite

Klingt verlockend, ist es aber wirklich so?

Volltanken

Die Werbung und Tests sagen, dass Wasserstoff-Fahrzeuge binnen 5 Minuten vollgetankt sind. Leider sieht die Realität ganz anders aus. Die 3 Minuten werden erreicht, wenn zuvor niemand getankt hat. Der Kompressor muss 700 Bar wieder aufbauen und das geht nicht mal eben binnen Sekunden. Deshalb werden bei Wasserstofftankstellen oft die Kapazität der Fahrzeuge pro Tag angegeben. Günstige Tankstellen um 1 Mio. € haben eine Kapazität von 40 Fahrzeuge pro Tag oder 4 Busse. Nimmt man einen Taschenrechner kommt man auf eine Wartezeit von 36 Minuten. Hat ein Bus zuvor getankt, dann beträgt die Wartezeit 360 Minuten.

Aktuell ist das Technisch machbare 200 Fahrzeuge / 20 Busse pro Tag mit Kryopumpen. So kommt man aber auch auf eine Wartezeit von 7,2 Minuten / 13 – 15 Minuten pro Tankvorgang.
Zum Vergleich: Ein Porsche Taycan ist auch in 15 Minuten auf 80% aufgeladen. Teslas Supercharger V3 kann mit 250kW laden. Wie schnell das in der Praxis sein wird müssen wir abwarten.

https://cleanenergypartnership.de/h2-infrastruktur/cep-tankstellen/

In Kalifornien / Santa Ana konnte ich mit einigen Toyota Mirai Besitzer unterhalten. Dort bekommt man zum Fahrzeug eine Tankkarte, mit der man kostenlos Wasserstoff tanken kann. Dementsprechend viele Fahrzeuge verwenden die Wasserstoff-Tankstellen. Zwischen 6 Uhr und 23 Uhr tankt man in ca. 20-30 Minuten. Ab Mitternacht geht das in 3-5 Minuten.

Tankstellennetz

In der Bevölkerung herrscht die Meinung, dass man das vorhandene Tankstellennetz einfach auf Wasserstoff umbauen kann, so dass man innerhalb kürzester Zeit tausende Wasserstoff-Tankstellen aufsuchen kann. Man nimmt quasi einen Benzintank und füllt einfach Wasserstoff rein. Leider ist das nicht ganz so einfach.
Wasserstoff ist das chemische Element mit der geringsten Atommasse und kann so durch alle Materialien diffusieren. Mit anderen Worten: Füllt man es in einem Stahltank, ist es nach einer gewissen Zeit einfach weg. Hinzu kommt, dass Wasserstoff für Fahrzeuge auf 700 Bar komprimiert wird. Da kann man dann nicht einfach ein Benzintank nehmen, der nicht auf hohe Drücke ausgelegt ist.

Fazit: Das aktuelle Tankstellennetz ist für Wasserstoff weder von Vorteil noch von Nachteil.

Emissionen

Wasserstoff kann durch Elektrolyse von Strom durch Windkraft und Photovoltaik CO2 arm hergestellt werden. Gleichzeitig eremitiert ein Wasserstoffauto nur Wasser. Im Prinzip also Perfekt. Da man aber unseren Strom nicht schönrechnen darf, müssen wir wie beim Elektroauto auch hier den Strommix nehmen.
Man benötigt 55kWh Strom um 1 kg Wasserstoff herzustellen. Mit den Strommix von 2018 sind wir dann bei 55kWh x 518g CO2= 28,49kg CO2. Der Toyota Mirai verbraucht ca 1 – 1,5 kg / 100km. Also ca 30kg CO2 / 100 km. Zum Vergleich: 6 Liter Diesel verbrennen zu 15,8 kg CO2. Aktuell emittiert also ein Wasserstofffahrzeug nahezu doppelt so viel CO2 wie ein Dieselfahrzeug.

Aktuell wird Wasserstoff zu 80%-90% je nach Quelle durch Dampfreformation hergestellt. Dazu wird Erdgas mit einem Wirkungsgrad von 60-70% in Wasserstoff umgewandelt. Sinnvoller ist es dann gleich ein Erdgasfahrzeug zu fahren, denn dann verschwendet man nicht 30-40% an Energie.

Preis

1kg Wasserstoff wird aktuell (05.2019) für Subventionierte 9,90€ / kg Verkauft. Somit kommt man auf ca 13€ / 100km. Einen Diesel fährt man bei 1,30€ / Liter und 6 Liter verbrauch auf 7,80€ / 100km.

Das die Subventionen nicht unendlich lange gehen, sollte klar sein. Aber mit welchen kosten hat man zu rechnen?

Wie schon gesagt, benötigt man 55kWh um 1kg Wasserstoff herzustellen. Bei einem Strompreis von 0,30€ / kWh kommen wir auf 16,50€ Energiekosten pro kg Wasserstoff.
Eine Tankstelle kostet ca 1 Mio Eur. Will man diese auf 20 Jahre abschreiben, dann sind das 137€ / Tag. Bei 50 Tankungen pro Tag muss man 2,25€ pro Takungen aufschlagen. Der Betreiber muss dann auch noch für Wartung / TÜV einen Aufschlag kalkulieren und er muss auch noch einen Gewinn aufschlagen. Ich kann mir nicht vorstellen, dass man unter 25€ / 100 km ohne Subventionen realisieren kann. Eher wird es bedeutend mehr.

Fazit

Alle Vorteile gegenüber Elektrofahrzeuge sind beim genauen Hinschauen eher nachteilig. Also wird sich das Wasserstoff-Fahrzeug nicht durchsetzen?
Meiner Meinung nach wird sich das Wasserstoff-Fahrzeug erst in 15-25 Jahre durchsetzen, wenn man ein paar Annahmen trifft:

Wenn wir von Atomkraft und Kohle aussteigen wollen und nicht mit Gaskraftwerke das ganze kompensieren wollen, dann müssen wir massiv in Windkraft und Photovoltaik investieren. Das wiederum führt dazu, das wir viel zu viel Strom von April bis Oktober produzieren, so dass es zum negativen Strompreis kommen wird. An Sonnenreiche Sonntagen mit viel Wind haben wir jetzt schon regelmäßig negative Strompreise. Hinzu kommt, dass wir zu wenige Pumpspeicher haben und kaum Pumpspeicher hinzugebaut werden, obwohl wir dringend so viele wie möglich brauchen für die Energiewende. Gasspeicher haben wir aber mehr als genug.
Die Idee ist, den Strom mittags nicht mehr zu verschenken oder sogar Geld zu bezahlen um ihn zu “entsorgen”, sondern man produziert einfach Wasserstoff. Dann ist es auch nicht mehr so schlimm, dass ein Wasserstoff-Auto 3 mal mehr Energie braucht als ein Elektroauto. LKWs, Wohnwagen, Busse lassen sich dann mit Wasserstoff sorgenfreier fahren. Einfache PKWs werden aber aus Effizienzgründen mit Akkus betrieben. Denn Effizienz ist ein wichtiger Punkt in der Energiewende.

Wird aber Gas unsere Atomkraftwerke und Kohlekraftwerke ersetzen, was ich leider glauben muss, dann wird das Wasserstoff-Fahrzeug keine Chance auf den Markt haben. Dafür sind die laufenden Kosten viel zu hoch.

Realität

Als ich in Los Angeles war, habe ich beim Wasserstoff Tanken zugeschaut und einem Toyota Mirai Besitzer ausgefragt und hab mich auch auf Facebook mit ihm “befreundet”. Hin und wieder chatten wir auch miteinander und er erzählt mir von seinen Erfahrungen, die ich hier auch weitergeben möchte. Erstmal muss man sagen, dass das Wasserstoffnetz in Los Angeles hervorragend ist. Die sind um einiges weiter. Wieso?

Los Angeles hat mit extremen Verkehr und damit mit extremer Luftverschmutzung zu kämpfen. 14 Spuren Auf der Interstate 10 sprechen für sich. Um die Luftverschmutzung zu bekämpfen hat Kalifornien die strengsten Abgasregeln in USA. Hinzu kommt, dass saubere Fahrzeuge gefördert werden. Z.b. gibt’s bis zu 7500$ Steuererleichterungen, die Benutzung von HOV Spuren, so dass man mit einem Elektroauto deutlich schneller vorankommt. Ein Wasserstofffahrzeug ist dort als Elektroauto eingestuft, da es die Innenstadt nicht verpestet.

Aber wieso sind Wasserstofffahrzeuge dort so beliebt? Weil sie quasi verschenkt werden.

Ein Toyota Mirai kostet im Leasing: $389 * 36 Monate + $2499= $16.503
Man erhält eine Tankkarte in Wert von $15.000 und bekommt bis zu $5000 Rabatt + $7500 Steuererleichterungen.
Das Fahrzeug kostet eigentlich nichts.

Ganz ehrlich? Ich würde das Angebot sofort annehmen. Günstiger kann man kaum ein neues Auto fahren. Trotzdem möchte mein Freund so schnell wie möglich von seinem Leasing-Vertrag raus. Aber wieso?
Wie oben schon erwähnt, ist es nur in der Theorie, dass man in 3 Minuten Tanken kann. Sobald die Tankstelle von mehreren Fahrzeuge oder sogar Busse hintereinander angefahren werden, braucht die Betankung länger und länger. 20-45 Minuten sind zur Rushhour keine Seltenheit.
Wenn 4 Mirai’s vor einem warten, dann ist man vor 2 Stunden auf keinen Fall wieder weg. Das ist die Praxis.

Hinzu kommt, dass gerade bei der großen Abgabe von Wasserstoff der Zapfhahn eingefriert. Das Ding bleibt am Fahrzeug kleben und man muss warten, bis er wieder warm wird. In Kalifornien geht das Gott sei dank schneller als in Deutschland. Trotzdem kann das 10-20 Minuten dauern, bis man wieder den Zapfhahn entfernen kann. Ich glaube es ist jedem klar, dass man da nicht mit einem Feuerzeug versuchen sollte der Vereisung entgegenzuwirken.

Die Betreiber der Tankstellen sagen dazu:

Can you explain the frozen nozzle problem?

Hydrogen is cooled to -40°C so it can be quickly dispensed. Cold hydrogen turns moisture in the air into frost on the nozzle and receptacle. Sometimes the frost becomes ice—particularity after back-to-back fuelings—and the cold metal of the nozzle latching mechanism freezes.

WEH, the company that manufactures most nozzles, is working with automakers and station developers to engineer a solution and Air Products recently tested a new nozzle made by Walther at the UC Irvine station. Other manufacturers are starting to produce hydrogen nozzles as well. Station developers will implement fixes or new nozzles once they’ve proven to withstand freezing.

In the meantime, before you fuel give the nozzle a shake to dislodge any water that might be between the “teeth” inside the nozzle. If it does freeze to the car, don’t pour water on it or twist it back and forth to try to force it off the car. You may have to wait a few minutes for the temperature of the nozzle to warm up enough to remove it from the receptacle.

Siehe: https://cafcp.org/blog/october-2017-hydrogen-station-update-webinar-questions-answers

Durch die hohe Nachfrage an Wasserstoff an einer Tankstelle, kann der Gegendruck und die Temperatur auch nicht so schnell wieder angeglichen werden, so dass man auch nicht Volltanken kann. Oft ist es so, dass wenn die Tanks nahezu leer sind, man das Fahrzeug bestenfalls halb vollladen kann. Danach kämpft der Kompressor. Die meisten geben dann auf, weil man kein “tanken” mehr beobachten kann. Die Abgabe bleibt stehen, würde man aber 20 Minuten warten, dann hätte man vielleicht noch Volltanken können.

Da Wasserstofftanken zu einer Herausforderung wurde, hat man sich im Zeitalter des Internets vernetzt und es entstand eine Whatsapp Gruppe, wo man sich gegenseitig Hilft. Klingt im ersten Augenblick super. Wenn es an einer Tankstelle (Zeitweise) die oben genannte Probleme gibt, verbreitet sich das sofort und die Fahrer wissen, da brauch ich gar nicht hinfahren. Tankt jemand erfolgreich, zieht das gleich etliche andere Fahrer an und es entsteht ein neues Problem. Eine Tankstelle, die normalerweise wenig liefern musste, wird jetzt durch die Whatsappgruppe sehr stark belastet und die ganze Planung der Tankfahrzeuge geht durcheinander und so kommt es, dass regelmäßig Tankstellen ohne Wasserstoff da stehen. Am nächsten Tag werden sie zwar beliefert, aber dann geht kein Mensch mehr hin, da man ja schon weiß, dass die Tankstelle kein Wasserstoff mehr hat. Das ist ein Teufelskreis.

Das alles sind mit Sicherheit Probleme, die man früher oder später in Griff bekommt. Aber in genau den selben Problemen werden wir uns wiederfinden, wenn bei uns Wasserstofffahrzeuge zum Alltag werden. Die ersten werden sehr leiden müssen.

Als Abschluss noch: 2 Stunden warten auf tanken 🙂

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19 Gedanken zu „Sind Wasserstoff-Fahrzeuge die Zukunft?“

    1. Für 99% aller Fahrten, würde mir ein Hyundai Ioniq Elektro locker reichen. Wäre ich aber Camping Fan, müsste ich mir entweder ein Elektroauto mit einer riesen Batterie kaufen oder ich leihe mir einfach ein Wasserstoff-Fahrzeug aus, dass genug Energie mitnehmen kann um einen Wohnwagen zu ziehen. An Schnellladesäulen müsste ich dann nicht jedes mal den Anhänger abkoppeln und könnte theoretisch nach einer kurzen Zeit wieder weiterfahren.

      Anwendungsfälle gibt es genug.

  1. Sehr schöne Zusammenfassung. Es fehlt vielleicht noch die Effizienzbetrachtung der gesamten Kette von Herstellung, Kühlung, Verflüssigung, Tanken, Brennstoffzelle und dann E-Motor. Auch katastrophal für FCVs im Vergleich zu BEVs.
    Ich frage mich, was Toyota mehr weiß, dass sie auf Fuelcells setzen? Auf der anderen Seite experimientiert Daimler seit >20 Jahren mit Brennstoffzellenfahrzeugen und bis jetzt hat es nie ein Auto in die Serienfertigung geschafft.

    1. Die Effizienz ist beim Wasserstofffahrzeug katastrophal. Da hast du recht.
      Das Problem ist, dass die Mehrheit das nicht interessiert. Der Diesel ist deshalb so erfolgreich, weil er günstig ist. Das wollen die Leute wissen! Deswegen wollte ich die Leser nicht langweilen, sondern die wichtigsten Punkte vom Alltag aufzeigen. Danach ist Wasserstoff sowieso kein Thema mehr.

  2. Guter Artikel. Bei einer Annahme bitte noch nachbessern: 0,30€/kWh sind der Endverbraucherpreis. Hier sollte man definitiv geringere Kosten ansetzen. Strom wird ~5ct an der Börse gehandelt, darauf kommen je nach Tarif die Netzentgelte. Schaut man bei Verivox nach Industriestrom wird der mit 5,7ct angeboten.

    1. Das ist vollkommen richtig, aber mir hat man erzählt, dass eine Ladesäule auch kein Industriestrom abrechnen darf, da sie Quasi den Strom nur weiterverkaufen. Ob das stimmt, weil ich nicht. Logisch ist es aber.
      Ob man jetzt Industriestrom nehmen darf um daraus ein Produkt (Wasserstoff) herzustellen, ist die andere Frage. Wenn beides stimmen würde, dann könnte man theoretisch Industriestrom nehmen um Wasserstroff herzustellen und den dann an Ladestationen in Strom durch Brennstoffzellen zu wandeln. Trotz Verluste ist man dann immer noch günstiger.

    2. Ich bezweifle auch, dass eine Ladesäule Industriestrom beziehen kann.
      5,7ct kommen mir schon sehr gering vor? Bist du dir sicher, dass darin schon das Netzentgeld und die Umlagen beinhaltet sind? Die Mwst wird auchnoch drauf kommen, oder?

      Industriestrom bekommt man eigentlich nur, wenn man z.B konstant 30kw 24/7 zieht. Oder 50kw 9/5 etc. Bei industriestrom verpflichtet man sich eine gewisse Menge Strom abzunehmen. Diese darf i.d.r nicht mehr als 20% über oder unterschritten werden. Ausserdem verpflichtet man sich i.d.r nicht mehr als xx kwh/h zu verbrauchen.
      Du siehst, im grunde gehts darum täglich die gleiche Last abzunehmen, die der versorger gut kalkulieren kann.
      Eine Ladesäule kann man damit fast nicht abdecken. Die hat Strompsitzen und ggf. Insgesamt einen geringen Jahresverbrauch. Das ist genau das Gegenteil von dem, was der Versorger sich wünscht.

  3. Daher laden wir, die GSW NRW und das ZBT GmbH Zentrum für BrennstoffzellenTechnik Forschungsinstitut Sie herzlich ein zu unserem Stammtisch/Workshop
    „Erneuerbare Energien – Speicherung – Verteilung – Schwerpunkt Mobilität“
    („Innovative Mobilität der Zukunft? Zum Thema H2 und mehr“)
    10. Juli 2019 um 15:00 Uhr im
    ZBT GmbH Zentrum für BrennstoffzellenTechnik Forschungsinstitut
    in Duisburg, NRW, Carl-Benz-Straße 201, 47057 Duisburg
    Machen Sie sich selber ein Bild der aktuellen Technik!
    Kostenlose Anmeldung unter:
    https://gsw-nrw.de/gsw-stammtisch-energie-bei-zbt-am-10-juli-2019/

  4. Was soll vom Tesla Blog auch anderes kommen. Halbwahrheiten, uralte, falsche Behauptungen und ein dreifaches Hoch auf die Ausbeuterfirmen, die in Südamerika ein ökologisches Desaster anrichten.

  5. Bei Gabelstaplern sind immer zwei Accublocks im einsatz. der eine im Stapler der andere an der Ladestelle. Dieses System könnte man auch bei Autos übernehmen. Man fährt an die Tankstelle und wechselt in Minuten den Leeren Accupack gegen einen Vollen. Dazu müßte man die vereinheitlichen das sie in jeden PKW passen und die Verschleißkosten beim Wechselpreis einbeziehen. Gibt es nicht in China schon solch ein System ?

    1. Also die Firmen, die ich kenne verwenden alle einen einzigen Akku. Ich habe selbst im Keller einen Akku von einem Gabelstapler und der wiegt unbefüllt 550km. Dann bräuchte man einen zweiten Stapler um die Batterie zu tauschen…
      Es wird niemals ein Akkkutausch geben. Ein Akku ist viel zu teuer und hat einen sogenannten SOH (State of health). Jemand, der einen neuen Akku besitzt, würde niemals gegen einen 10 Jahre alten tauschen nur um “aufzuladen”. Hinzu kommt unterschiedliche Formfaktoren, unterschiedliche Batteriegrößen, mit Akkukühlung und ohne usw…

  6. Hallo Christian,

    vielen Dank für die Mühe.
    Ich musste mich so kugeln bei dem Bild mit den wartenden Fahrzeugen. Ich bin als Energietechniker fest davon überzeugt, dass sich das Thema Wasserstoff im PKW nicht durchsetzen wird. Am Ende geht es um den Wirkungsgrad was unmittelbar mit Geld zu tun hat. Noch größer ist letzten Endes auch der Punkt, dass man ein E-Fahrzeug zuhause laden kann. Mit einem H2 Fahrzeug muss ich zur Tankstelle fahren.

  7. Die Norweger produzieren H2 mit 3,8kWh/Nm³ (42kWh/kg) anstatt der erwähnten 55kWh/kg.
    https://nelhydrogen.com/product/atmospheric-alkaline-electrolyser-a-series/

    Der Mirai verbraucht laut Auto-Motor-und-Sport 0,7-0,9kG/100km, anstatt der erwähnten 1-1,5kg/100km.
    https://www.auto-motor-und-sport.de/test/toyota-mirai-brennstoffzelle-wasserstoff-test/technische-daten/

    Dem Energieverlust bei der Herstellung von H2 steht ein sehr hoher Energieverbrauch bei der Herstellung der Akkus gegenüber. Verluste am Supercharger und für Heizen/Kühlen des Autos übers ganze Jahr kommt noch oben drauf.

    1. Die angegebenen 55kWh/kg sind inklusive Primärengie und dessen Verluste. Aber ob wir bei 42kWh/kg sind oder 55kWh/kg, das macht den Bock nicht mehr Fett.

      Ich selbst bin den Mirai mit 1,4 kg/100km gefahren. In USA verbrauchen viele sogar knapp 2kg/100km, wobei man sagen muss, dass das vermutlich nicht repräsentativ ist. Die bekommen den Wasserstoff geschenkt und müssen so nicht auf die Kosten schauen. Dann wird an jeder Ampel stark beschleunigt und dort gibt es extrem viele Ampeln… 0,7kg/100km sind vielleicht hübsche Zahlen aus dem Prospekt oder konstant 90 km/h auf der Bundesstraße.

      Ich komme mit allen Verlusten und Vampirdrain und was es alles noch gibt auf 27kWh/100 km:
      https://www.impala64.de/blog/tesla/2019/03/12/tesla-model-s-erfahrung-nach-12-monate-29-169km/

      Die Supercharger haben genau 10% Verlust, da sie die selben Ladegeräte dort verwenden wie im Fahrzeug.

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