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Die Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle

Aktuell wird die Brennstoffzelle in den Medien gehyped und als die Lösung für die induviduelle Mobilität angesehen. Sie soll sauber sein, gut für die Umwelt und besser als Elektrofahrzeuge.

Technik

Grundsätzlich sind Brennstoffzellenfahrzeuge nichts anderes als ein Elektrofahrzeug mit kleinerem Akku als Puffer, einem Brennstoffzellengenerator und einem Wasserstofftank. Es hat also teure Zusatzkomponenten verbaut. Die Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff aus den Drucktanks mit dem Luftsauerstoff aus der Umgebung in elektrische Energie und Wasser um. Eine Brennstoffzelle hat eine noch nicht erforschte und definierbare Lebensdauer. Aufgrund des Platinverlustes über die Zeit ist die Lebensdauer einer Brennstoffzelle endlich. Schätzungsweise beträgt die Lebensdauer einer Brennstoffzelle im PKW 5000 Stunden. Das entspricht 250.000 km, bis diese ausgewechselt werden muss.

Seltene Erden

Für die Brennstoffzelle wird Platin benötigt. Platin gehört zu den Seltenen Erden und wird zum Teil mit dem Wasser bei der Stromerzeugung aus der Brennstoffzelle herausgespühlt. Ähnlich wie beim Katalysator eines eines Benzin- oder Dieselmotors. Diese teuren Edelmetalle sind unwiederbringlich verloren.

Wasserstoffproduktion

Die Brennstoffzelle wird angeblich mit CO2-Neutralem Wasserstoff betrieben. Wasserstoff ist kein natürlich vorkommendes Gas. Es muss unter hohem Energieaufwand im Elektrolyseverfahren aus Wasser (H²O) getrennt werden. Dabei wird der Wasserstoff vom Sauerstoff mittels Elektrolyse, ein elektrochemisches Verfahren, voneinander abgespalten. Der Wasserstoff wird dabei aufgefangen und in Drucktanks gepumpt. Alternativ kann Wasserstoff per Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen werden. Dies ist kein CO2-Neutrales Verfahren, da Erdgas ein fossiler Energieträger ist und eine Menge CO2 bei der Wasserstoffproduktion freigesetzt wird. Ca. 90% des produzierten Wasserstoffs werden per Dampfreformation hergestellt, da dieses Verfahren kostengünstiger ist. Der aktuelle Preis an Wasserstofftankstellen beträgt 9,5 €/kg. Dieser ist heute subventioniert. Wir schätzen einen realistischen Preis, wenn der Wasserstoff mittels Elektrolyse und erneuerbaren Energien hergestellt wird auf 15-20 €/kg. Das würde zu absurderen Betriebskosten für ein Brennstoffzellenfahrzeug führen als sie jetzt schon sind. Aktuelle Fahrzeuge verbrauchen 1-1,2kgH2 pro 100km.

Man muss sich auch immer vor Augen halten, dass man Aufgrund der Wirkungsgradkette von Brennstoffzellenfahrzeugen, für die selbe Reichweite, die man mit einem BEV fahren könnte, die 3-4 fache Strommenge benötigt.

Die Herstellung, Bereitstellung und Vertrieb wird von Großkonzernen durchgeführt. Man ist abhängig, ähnlich wie beim Öl. Der Treibstoff kann nicht selber produzieren und getankt. Zum einen ist das für den Heimbetrieb zu gefährlich und zum anderen zu teuer.

Sicherheit

Ein Brennstoffzellenfahrzeug wird als sicher im Vergleich zum Batterieelektrischen Fahrzeug angepriesen. Fakt ist, dass ein Hochdrucktank mit 700 bar zur Speicherung von Wasserstoff notwendig ist. Da das Gas eine sehr geringe Energiedichte auf das Volumen aufweist, werden mehrere große Tanks benötigt. Ca. 150 Liter pro 1kg Wasserstoff mit 700bar werden benötigt. Das Gas ist explosiv und entweicht permanent an den Dichtungen und diffundiert durch alle Materialien durch. Wird einer der Gastanks beschädigt besteht eine hohe Brand- und Explosionsgefahr. Durch den hohen Druck werden diese Tanks beschleunigt wie ein Torpedo.

Die Explosion einer H2-Tankstelle in Norwegen hat gezeigt welche Folgen durch einen Montagefehler einer Mitarbeiters diese Technologie nach sich ziehen.

https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/wasserstofftankstelle-explodiert-norwegen-ursache-gefunden/

Tankzeiten

Als größtes Vorteil wird das schnelle Betanken eines Fahrzeuges aufgeführt. Hier soll innerhalb von 3-5 Minuten wieder aufgetankt werden. Im Vergleich zu einem Benzin- oder Dieselfahrzeug sind das immer noch recht hohe Befüllungszeiten. Jedoch im Vergleich zum einem Elektroauto sind es heute noch unschlagbare Zeiten. Da aber der Kompressor der Tankstelle Prozessbedingt relativ viel Zeit braucht um den Druck wieder aufzubauen, relativiert sich der Tankzeitenvorteil, da der nächste in der Schlange wieder warten muss.

Man muss anmerken, dass es heute noch kein flächendeckendes H2-Tankstellennetz gibt und die Tankstellen sehr teuer sind. Viele Betreiber berichten auch von Problemen bei der Verfügbarkeit von Wasserstoff, so dass diese nicht den nötigen Druck für die Betankung bereitstellen können.

Die Weiterentwicklung der Akkutechnologien und Schnellladeverfahren relativiert die Ladezeiten. Ein Schnellladefähiges Fahrzeug benötigt 30 Minuten für eine 80% Ladung. Das entspricht einer Reichweite von ca. 300 km für ein Tesla Model 3.

Zusammenfassung

Zusammenfassend kann man sagen, dass die Nachteile dieser Technologie dem einzigen Vorteil überwiegen.

  • sehr teure und aufwendige Technik
    • höhere Anschaffungskosten
    • höhere Betriebskosten
    • kurze Lebensdauer der Brennstoffzelle und Nebenagregate
    • Verschwendung von Seltenen Erden
  • nicht  nachhaltig
    • schlechte Effizienz bei der Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse
    • aktuell wird Methan zur Herstellung von Wasserstoff verwendet
    • zu hoher Energieaufwand im Vergleich zur Elektroautos
  • Abhängigkeit
    • große Konzerne sagen den Preis für den Treibstoff an
    • man kann sich den Treibstoff nicht selber herstellen
  • Tankzeiten relativieren sich mit neuen Akkutechnologien
  • Sicherheit
    • Hochdrucktank kann explodieren
    • Tankstellen können explodieren
    • Die Materialen des Drucktanks können durch Wasserstoff verspröden

Alleine schon der Preis ist der Grund dafür, dass diese Technologie sich nicht durchsetzen kann. Und das ist nur die Spitze des Eisbergs. Die weiteren genannten negativen Aspekte überwiegen ganz klar.

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