Der ÖAMTC-Experte erklärt : Wasserstoffantrieb im Pkw – die Brennstoffzelle

Die Funktionsweise der PEM-Brennstoffzelle (Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzelle) basiert auf der chemischen Umsetzung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zu Wasserdampf (H2O) Dabei wird der Wasserstoff nicht verbrannt, sondern mithilfe eines Katalysators (z. B. Platin) direkt in elektrischen Gleichstrom umgesetzt. Das Verhalten ist ähnlich einer Batterie, jedoch ist die Brennstoffzelle kein Energiespeicher, sondern ein sogenannter Energiewandler. Die Reaktanten müssen der Zelle kontinuierlich zugeführt werden, um elektrische Leistung zu generieren.

Nahezu alle aktuellen Brennstoffzellenfahrzeugen sind mit einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle ausgestattet. Diese Brennstoffzellenart weist bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen einige Vorteile gegenüber den anderen Typen auf, wie zum Beispiel der Festoxidbrennstoffzelle oder der alkalischen-Brennstoffzelle. Diese Vorteile sind vor allem der Polymerelektrolyt im festen Zustand, die Polymer-Elektrolyt-Membrane arbeitet bei einer Betriebstemperatur von 60 °C bis 80 °C, des Weiteren die gute Leistungsdichte.

Wasserstofffahrzeuge – vorausgesetzt die Energie stammt aus nachhaltigen Quellen – erzeugen kaum CO2 Emissionen. Ein positiver Nebeneffekt der Brennstoffzelle als klimaschonender Energiewandler ist außerdem ein lärmarmer Betrieb des Fahrzeuges. „Ein weiterer Vorteil ist, dass es in der Brennstoffzelle keine bewegten Bauteile gibt und die Fahrzeuge weniger reparaturanfällig sind. Chemisch gebundene Energie wird somit direkt in elektrische Energie, also Strom, umgewandelt, welche als Antrieb für das Fahrzeug dient“, erklärt der ÖAMTC-Techniker.

Wo liegen die Herausforderungen und warum konnte sich die Wasserstofftechnologie noch nicht flächendeckend durchsetzen?

Bei den gängigsten Wasserstofffahrzeugen wird derzeit herstellerübergreifend die Brennstoffzelle als Energielieferant für den Antrieb eingesetzt. Um Pkw mit Wasserstoffantrieb in größerer Serie produzieren zu können, müssen erst grundlegende strukturelle Voraussetzungen geschaffen werden. „Neben der Fertigung von Wasserstofffahrzeugen, muss natürlich auch der Ausbau der Infrastruktur für die Betankung der Wasserstofffahrzeuge erfolgen und auch eine Adaptierung bei der Sicherheitseinrichtung und Ergänzung der Werkstättenausstattung vorangetrieben werden“, erklärt ÖAMTC-Techniker Christian Klejna. Aus technischer Sicht gilt es, die Brennstoffzelle ebenfalls in einigen Punkten zu verbessern: „Damit sich Wasserstofffahrzeuge durchsetzen können, muss die Lebensdauer und der Wirkungsgrad der Brennstoffzellen weiter erhöht werden. Dafür sind hohe Ressourcen und Aufwendungen notwendig – das kennen wir schon von der E-Mobilität. Weil Brennstoffzellen bisher noch in geringen Stückzahlen produziert werden, sind die Herstellkosten zudem noch sehr hoch.“ Eine weitere Herausforderung, weshalb Wasserstofffahrzeuge derzeit noch nicht in höheren Stückzahlen angeboten werden, ist die Herstellung von Wasserstoff. „Derzeit werden 95 Prozent des verwendeten Wasserstoffs unter dem Einsatz von Methan-Hochtemperaturdampfverfahren aus Erdgas gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO2 umgewandelt (Dampfreformierung). Die durch die Produktion entstehenden CO2 Emissionen werden meist ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärken so den globalen Treibhauseffekt“, erklärt Klejna. Derzeit sind mehrere Projekte damit beauftragt, sogenannten 'Grünen Wasserstoff' herzustellen. Dieser wird durch die Elektrolyse aus Wasser hergestellt. Um als „grün“ bezeichnet zu werden, also umweltschonend zu sein, muss der Strom für die Elektrolyse ausschließlich aus erneuerbarer Energie stammen und wird erst dann als CO2-neutral bewertet.