Wasserstoff – das neue Wunderkind im Verkehrssektor

Wasserstoff – das neue Wunderkind im Verkehrssektor

by Sevda Taskiran

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft: Denn mit Wasserstofftechnologie lässt sich umweltfreundlicher Strom speichern und vielfältig nutzbar machen. So soll das Gas helfen, erneuerbare Energien in Bereiche wie Industrie, Wärme und Lastverkehr zu bringen, um dort CO2-Emissionen zu senken. Besonders im Verkehrssektor wird der Einsatz vorangetrieben: Allein in der Schweiz will die Firma Hyundai 1.600 LKW mit Wasserstoff-Antrieb auf die Straße bringen – und selbst die Rurtalbahn in Düren plant die Umstellung auf H2-Züge. Wir zeigen, welches Potenzial in Wasserstoff steckt, und warum gerade Transport und Logistik davon profitieren.

Wasserstoff als Schlüssel für Klimaziele

H2 ist seit Jahrzehnten ein gängiger Stoff in Chemie und Industrie, doch aktuell ist das Interesse an dem Gas groß wie nie. Sowohl die Bundesregierung als auch die EU veröffentlichten 2020 umfangreiche Strategiepapiere zur Wasserstoffnutzung. Der Grund: Wasserstoff soll helfen, die Klimaziele zu erreichen. Bisher wurde bei der Energiewende vor allem auf Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind gesetzt. Durchaus mit Erfolg, denn diese lassen sich mittlerweile günstig und höchst effektiv erzeugen. Doch die Stromproduktion schwankt wetterabhängig und lässt sich nicht einfach dem Bedarf anpassen. Wasserstoff soll hier die Antwort liefern: Als chemischer Energieträger kann er Strom in großen Mengen speichern und produktionsunabhängig nutzbar machen.

So funktioniert Wasserstoff als Energiespeicher

Strom lässt sich mit Hilfe von Elektrolyse in chemische Energie umwandeln. Dabei wird der Strom genutzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Der energiereiche Wasserstoff lässt sich dann als Gas oder Flüssigkeit in Tanks lagern und transportieren.
Mit einer Brennstoffzelle kann die im Wasserstoff „gespeicherte“ Energie wieder freigesetzt werden. Dabei reagiert der Wasserstoff in einer sogenannten „kalten Verbrennung“ mit Sauerstoff zu Wasser und setzt dabei Strom und etwas Wärme frei.

Wasserstoffantrieb im Verkehr

Ein vielversprechendes Einsatzfeld für Wasserstofftechnologie ist der Verkehrssektor. Fahrzeuge werden dafür mit einer Brennstoffzelle und einem Wasserstofftank bestückt. Die Brennstoffzelle erzeugt aus dem Wasserstoff direkt an Bord Strom, mit dem ein Elektromotor angetrieben wird. So zählt das Fahren mit Wasserstoff als Form der E-Mobilität.

Wasserstoff statt Lithiumbatterie?

Als klimafreundlicher Ersatz für fossile Brennstoffe eroberte in den letzten Jahren die Lithiumbatterie den Markt. Sie ist besonders effizient auf Kurzstrecken und für PKW im Alltagseinsatz. Doch für Langstreckentransporte, Lastverkehr und große Systeme wie Züge, Schiffe und Flugzeuge ist die Wirtschaftlichkeit begrenzt. Denn für die notwendige Reichweite und Leistung bräuchte man sehr große Batteriespeicher, und die sind teuer. Genau hier punktet Wasserstoff:

Die Vorteile von Wasserstoff
• Hohe Energiedichte > hohe Reichweite bei geringer Baugröße
• Günstige Speicherkapazität > kann als Gas unter Druck oder tiefkalt als Flüssigkeit in Tanks gelagert werden
• Flüssig/Gasförmig > H2 lässt sich wie flüssige Kraftstoffe in Minuten auftanken
• Umweltfreundlich > Lokal emissionsfrei

Die Nachteile von Wasserstoff
• Geringer Wirkungsgrad > während die Lithiumbatterie von einer kWh ganze 0,7 kWh auf die Straße bringt, geht bei Wasserstoff durch die Umwandlung viel Energie verloren – nur etwa 0,35 kWh kommen am Ende raus. Deswegen ist die Lithiumbatterie bei kleinen, leichten Systemen immer noch die effizienteste Wahl.
• Herstellungsfrage > Es gibt viele Wege, Wasserstoff herzustellen – doch wirklich umweltfreundlich ist die Technologie nur mit „grünem Wasserstoff“ aus erneuerbaren Energien.

Grüne Logistik mit Wasserstoff-LKW

Besonders in der Logistikbranche wächst der Druck, auf emissionsfreie Alternativen umzusteigen – unter anderem durch Diesel-Fahrverbote in Innenstädten oder durch Auflagen bei Stickoxidwerten. In der Schweiz kommen die hohen Mautgebühren für LKW dazu – von denen emissionsfreie Fahrzeuge ausgenommen sind. Der wirtschaftliche Anreiz zeigt Wirkung: So ist die Firma Hyundai dabei, im Laufe des kommenden Jahres 1600 LKW mit grünem Wasserstoffantrieb auf Schweizer Straßen zu bringen.

Düren springt auf den H2-Zug auf

Auch im Zugverkehr ist der Wasserstoffantrieb spannend. Es gibt zwar viele Elektrozüge, doch tatsächlich sind nur etwa 50 Prozent der Bahnstrecken in Deutschland elektrifiziert. Denn der Bau von Oberleitungen ist teuer, weshalb viele Züge besonders auf ländlichen Strecken immer noch mit Diesel fahren. Eine davon ist die Rurtalbahn, die Düren mit Heimbach, Jülich und Euskirchen verbindet. Statt hier eine teure Oberleitung zu bauen, sollen die Züge auf dieser Strecke in Zukunft mit Wasserstoff betrieben werden. Die Zukunftsinitiative “Rheinisches Revier” plant dafür den Bau einer H2-Tankstelle im Dürener Bahnhof sowie die Anschaffung von 3 Zügen mit Brennstoffzellen. Bisher gibt es in Deutschland nur wenige Pilotprojekte mit Wasserstoffzügen, diese sind jedoch so wirtschaftlich, dass sich auch viele andere Kommunen auf den geförderten Umstieg vorbereiten.

Öffentliches H2-Tankstellennetz – vor allem für PKW

Fahrzeuge mit Wasserstoff betanken kann man in Deutschland aktuell an 85 öffentlichen Wasserstoffstationen, weitere 40 sind in der Realisation. Verantwortlich für den Ausbau der Tankstelleninfrastruktur in Deutschland ist das Unternehmen H2Mobility, das auch vom Bundesministerium und der Europäischen Kommission gefördert wird. Aktuelle Zahlen und Standorte zum Tanken von Wasserstoff zeigt die Seite H2.LIVE. Die öffentlichen Tankstellen sind dabei vor allem für PKW mit 700bar-Technologie ausgelegt. Allerdings gibt es bislang erst wenige PKW-Modelle mit Wasserstoffantrieb zu kaufen – beispielsweise den Toyota MIRAI oder den Hyundai NEXO, beide zu einem stolzen Preis von über 70.000 Euro. Die meisten LKW und Busse hingegen fahren mit 350bar-Technologie – sie profitieren von dem öffentlichen Ausbau noch wenig.

Neben der Infrastruktur ist eine wichtige Frage die Herkunft des Wasserstoffs. Denn ein Großteil des Wasserstoffs wird bislang noch aus Erdgas und Öl gewonnen. Damit sind Fahrzeuge zwar lokal emissionsfrei unterwegs, doch wirklich umweltfreundlich ist nur der Einsatz von „grünem“ Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen. Das könnten in Zukunft zum Beispiel Offshore Windparks in der Nordsee sein. Der aus Windkraft gewonnene Strom wird hier direkt auf dem Meer in Wasserstoff umgewandelt und in Tanks gespeichert. Mit Schiffen oder über Pipelines kommt er an Land. Ein zentraler Knotenpunkt für die Verteilung des Wasserstoffs will die Insel Helgoland werden, die aktuell im Rahmen des Projekts „AquaVentus“ eine umfangreiche H2-Infrastruktur aufbaut.

H2 kommt gerade erst ins Rollen

Noch sind Wasserstofffahrzeuge die Ausnahme – und auch in Sachen Infrastruktur muss sich noch einiges tun. Doch als emissionsfreier, sauberer Antrieb ist das Potenzial von Wasserstoff riesig. Auch in anderen Bereichen wie Wohnungswirtschaft und Industrie kann Wasserstoff zur Dekarbonisierung beitragen. Wirtschaftliche Anreize und ein wachsender Absatzmarkt treiben dabei die Technologie voran, und machen auch die Produktion von „grünem“ Wasserstoff immer attraktiver.
Wir bleiben in jedem Fall dran an diesem spannenden Themenfeld, und halten Sie in unserem Blog auch in Zukunft dazu auf dem Laufenden!

2 Comments

  1. Ist Ihnen bekannt, dass für 1 kW Strom aus Wasserstoff ca. 4-5 kW Strom eingesetzt werden muss, um den erforderlichen Wasserstoff herzustellen? Man verliert also 75-80% der Energie – es gibt kaum etwas ineffizienteres. Es gibt deutlich bessere Wege, die Energiewende herbeizuführen.

    • Herzlichen Dank Herr Kroth, für Ihren Kommentar. Wie in unserem Blogartikel beschrieben, ist die Ineffizienz bei der Umwandlung von Wasserstoff zu Strom ein Nachteil. Allerdings stehen wir vor der Herausforderung, alle Sektoren, wie Mobilität, Industrie, Wärme zu dekarbonisieren. Um dies zu verwirklichen befinden wir uns auf dem Weg in ein Energiesystem, das getrieben sein wird von volatilen Stromerzeugungseinheiten durch Photovoltaik und Windenergie. In unserem Stromnetz müssen wir allerdings zu jedem Zeitpunkt ein Gleichgewicht aus Erzeugung und Verbrauch erhalten. Bei einem Wind und PV-orientiertem Stromsystem werden wir jedoch starke saisonale Schwankungen haben, die es auszugleichen gilt.
      D.h. wir benötigen großtechnische Speichersysteme, die zudem die Möglichkeit bieten, Strom in alle anderen Sektoren zu übertragen. Wasserstoff bietet hier die Möglichkeit, die erzeugte Energie aus erneuerbaren Quellen günstig zu speichern und zu transportieren und ist ein Schlüsselelement der Energiewende als Ermöglicher der Sektorenkopplung.

      Das bedeutet am Ende: Das Ziel ist nicht, für alle Einsatzzwecke Wasserstoff zur Stromgewinnung einzusetzen, sondern gerade dort, wo wir mit einem reinen strombasierten System an unsere Grenzen stoßen. Wo immer wir Strom direkt nutzen können, sollten wir dies auch tun. Allerdings ist dies leider nicht immer möglich.
      Wie im Blogbeitrag angesprochen sind verschiedene Einsatzgebiete vorstellbar, einige kurz- und einige langfristig. Gerade im Schwerlastverkehr und in der Industrie sieht man kurzfristige Potenziale, da Alternativen für die Dekarbinisierung fehlen. Eine wirkliche Rückverstromung für das Stromnetz ist dabei eher die letzte Wahl.

      Ich hoffe, damit konnten wir Ihnen einige Beweggründe nennen, warum sich die gesamte Energiewirtschaft aktuell stark mit Wasserstoff befasst und die alleinige Betrachtung der Effizienz seine Grenzen hat. Wasserstoff ist kein Allheilsbringer allerdings trotzdem ein wichtiger Bestandteil der Energiewende.

      Viele Grüße
      Ihr SWD-Team

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