Eisenstädter Autofrühling / 9. bis 11. März 2018, Eisenstadt

Eisenstädter Autofrühling

Tage der offenen Türen bei allen Eisenstädter Top-Autohäusern Freitag, 10. bis Sonntag, 12. März 2017

Wasserstoffantrieb

Reines Wasser als Energielieferant

Die Erdölreserven gehen zur Neige – mit Wasserstoff-Antrieb wäre die Angst vor leeren Tanks passé.

Würden Sie die Flüssigkeit trinken, die aus dem Auspuff Ihres Autos tropft?

Bei den Kraftwagen der Zukunft könnte das durchaus möglich sein. Wenn es nach dem Willen einiger Vordenker aus der Automobilindustrie geht, entsteht in den modernsten Motoren nur noch Wasser als Abfallprodukt. Der Treibstoff, der dies möglich macht, heißt Wasserstoff. Wenn er mit Sauerstoff reagiert, entsteht reines Wasser – und Energie, die ein Fahrzeug antreiben kann.

Elektronen treiben Motor an

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, um Wasserstoff und Sauerstoff zur Fortbewegung einzusetzen. Die Erste ähnelt stark dem Prinzip der heutigen Verbrennungsmotoren. Statt Benzin oder Diesel wird einfach Wasserstoff im Kolben verbrannt. Die Alternative dazu ist die kalte Verbrennung in einer so genannten Brennstoffzelle.

Das Prinzip ist dabei denkbar einfach: Auf beiden Seiten einer dünnen Kunststoffmembran strömen Wasserstoff und Luftsauerstoff entlang. Kämen die beiden Molekülsorten in Berührung, würden sie heftig miteinander reagieren. Doch die Membran ist nur für Protonen, die Kerne von Wasserstoffatomen, durchlässig. Um dennoch zum Sauerstoff zu gelangen, lassen die Wasserstoffatome an einer Elektrode ihre Elektronen zurück. Der Weg durch die Kunststoffmembran steht ihnen jetzt offen. Anders steht es um die Elektronen. Diese müssen über elektrische Leitungen einen Umweg in Kauf nehmen – und dabei noch einen Elektromotor antreiben. Sind die Elektronen, die Protonen und der Sauerstoff auf der anderen Seite schließlich vereint, entsteht gewöhnliches Wasser.

Deutsche Autohersteller als Vorreiter: Bei der Konstruktion von wasserstoffgetriebenen Motoren haben die Ingenieure in den vergangenen Jahren gewaltige Fortschritte gemacht. Schon jetzt sind sie dabei Fahrzeuge zu erproben, die in einigen Jahren in Serienproduktion gehen können. Die prominentesten Vertreter der heißen und kalten Verbrennung von Wasserstoff sind deutsche Autofirmen. BMW setzt mit seinem CleanEnergy Projekt auf den “heißen” Weg. Ein 7er BMW kommt mit einem 140-Liter-Wasserstoff-Tank maximal 350 Kilometer weit. Für die “kalte” Alternative stehen die Autobauer aus Stuttgart-Untertürkheim. Daimler-Chrysler arbeitet schon seit fast zehn Jahren an der Brennstoffzelle und will mit einer Kleinserie an den Start gehen. Aber auch Toyota, Opel, Ford und Volkswagen haben ihre Forschungsanstrengungen verstärkt.

Alkoholverbindung im Tank

Beide Wasserstoffantriebe kämpfen aber mit dem gleichen Problem: dem Tank. Wasserstoff ist unter Normalbedingungen ein sehr dünnes Gas. Nur unter hohem Druck lässt es sich in Flaschen pressen. Die sind aber schwer und groß und kommen deshalb fast nur für große Fahrzeuge wie Wasserstoff-Busse im Nahverkehr in Frage.

Eine Alternative zur Druck-Abfüllung ist die Verflüssigung des Wasserstoffs bei minus 253 Grad Celsius. Allerdings muss dann auch der Tank auf dieser niedrigen Temperatur gehalten werden – eine ingenieurtechnische Meisterleistung, die heute nur zum Teil gelöst ist. Noch immer gehen einige Prozent des kalten Nass durch Verdunstung verloren. Seit einiger Zeit experimentieren Forscher deshalb mit Speichern aus Metallhydriden oder aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diese Stoffe sollen unter hohem Druck den Wasserstoff wie ein Schwamm aufnehmen und bei Erwärmung wieder abgeben. Ein Handicap bleibt allerdings: Die Stoffe haben im Vergleich zu ihrer Speicherfähigkeit ein sehr hohes Gewicht.

Die Entwickler der Brennstoffzelle setzen deshalb auf einen Umweg. Statt reinen Wasserstoff zu tanken, soll dieser an Bord des Fahrzeuges erzeugt werden. Als chemischer Trägerstoff kommt dafür vor allem Methanol in Frage. Dieser leichte Verwandte unseres Trinkalkohols enthält mehr Wasserstoffatome als das gleiche Volumen flüssigen Wasserstoffs. Methanol hat also eine höhere Energiedichte. Weil der Kraftstoff bei normaler Umgebungstemperatur flüssig ist, lässt er sich wie Benzin transportieren und tanken. Im Motor wird dem Methanol in einem vorgeschalteten Reformer der Wasserstoff entzogen und dann zur Brennstoffzelle geleitet. Neben Wasser entsteht bei diesem Prozess allerdings auch Kohlendioxid als Abfallprodukt.

Hindernisse

Wenn Autos mit Wasserstoffantrieb in großem Maßstab als Verkehrsmittel eingeführt werden sollten, dann müsste man auch ein entsprechendes Tankstellennetz schaffen. Bei der Verwendung von reinem Wasserstoff würde das Investitionen in Milliardenhöhe erfordern. An jeder Tankstelle müssten entweder Anlagen zur Erzeugung oder Speicherung von Wasserstoff bereitstehen. Auch die Einführung von Methanol als Kraftstoff wäre nicht ohne Schwierigkeiten möglich. Methanol ist eine relativ aggressive Flüssigkeit, die herkömmliche Tanks und Leitungen schnell zersetzt.

Trotz dieser technischen Schwierigkeiten wird mit großem Aufwand am Wasserstoffantrieb geforscht. Neben der geringen Schadstoffemission gibt es dafür zwei Gründe. Zum einen würde eine Umstellung auf Wasserstoffwirtschaft die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen lockern. Selbst optimistische Prognosen gehen davon aus, dass Erdgas- und Ölreserven noch in diesem Jahrhundert zur Neige gehen. Zum anderen wird bei der Verbrennung von reinem Wasserstoff kein Kohlendioxid frei – das Gas, das einer der Hauptverursacher des Treibhauseffekts ist.

Wasserstoff kann jedoch seine Vorteile nur ausspielen, wenn er aus erneuerbaren Energiequellen gespeist wird. Bis jetzt werden sowohl reiner Wasserstoff als auch Methanol überwiegend aus Erdgas gewonnen. Es ist aber möglich, Methanol umweltneutral aus Biomasse zu erzeugen, also aus nachwachsenden Rohstoffen. Dann fällt auch die Kohldioxidbilanz ausgewogen aus.

Im Falle vom Wasserstoff ist die Erzeugung durch Elektrolyse aus Wasser besonders dann optimal, wenn der dabei verwendete Strom aus Sonnenenergie stammt. Es gibt bereits Pläne, in den sonnenverwöhnten Wüstengürteln der Welt riesige Wasserstoffkraftwerke zu errichten. Wenn diese Visionen Wirklichkeit werden, könnte aus den Auspuffrohren unserer Autos bald die Sonne der Sahara tropfen.

Mehr Infos: http://www.wissen.de/wasserstoffantrieb

(Stand 1. Februar 2014)