Wasserstoff- oder Elektroauto? Es ist Zeit, Klarheit zu schaffen

Elektroauto, Wasserstoffauto, batteriebetriebenes Wasserstoffauto? Die verwendeten Begriffe

Wenn man heute von einem Wasserstoffauto spricht, ist damit eine Art Elektrofahrzeug gemeint. Denn dieser Fahrzeugtyp nutzt Wasserstoff zur Versorgung eines Motors, bei dem es sich um nichts anderes als einen Elektromotor handelt. Darüber hinaus umfassen die von der Renault Group untersuchten Lösungen sowohl eine über das Stromnetz aufladbare Batterie als auch einen Wasserstofftank mit Brennstoffzelle. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet „Elektroauto“ jedoch oft ein Auto, das ausschließlich mit einer Batterie betrieben wird, während „Wasserstoffauto“ als Bezeichnung für Fahrzeuge dient, die zusätzlich zur Batterie über einen integrierten Wasserstofftank verfügen. 

Grundsätze und Vorteile von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen

Ein Wasserstoff-Brennstoffzellenauto nutzt Dihydrogen als Kraftstoff. Die Brennstoffzelle wird mit diesem Wasserstoff sowie mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft versorgt. Diese Gase, die in der Zelle miteinander in Kontakt kommen, durchlaufen eine elektrochemische Reaktion, bei der elektrischer Strom, Wärme sowie Wasserdampf entstehen. Der so erzeugte Strom versorgt einen Elektromotor, der zum Antrieb des Fahrzeugs dient.

Diese Technologie birgt aufgrund ihres Prinzips zahlreiche Vorteile. Zunächst einmal stößt dieses Fahrzeug als Abgas lediglich Wasserdampf aus.Wasserstofffahrzeugewerdenzuden emissionsarmen Fahrzeugen gezählt, da während der Fahrt* weder Luftschadstoffe noch Kohlendioxid (CO₂) ausgestoßen werden. Zudemistder Wirkungsgrad der Elektromotoren in Kombination miteiner Brennstoffzellebesonders hoch, was zu einem deutlich geringeren Energieverbrauch führt als bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Darüber hinaus dauert das Betanken mit Wasserstoff nur drei bis fünf Minuten – also nicht länger als das Tanken von Benzin bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor –, um eine Reichweite von mehreren hundert Kilometern zu erreichen. Ein weiterer Vorteil: Das Prinzip des Elektromotors mit seinem hervorragenden Drehmoment bietet dem Fahrer ein Fahrverhalten, das zugleich geschmeidig und dynamisch ist.

Bei den von der Renault Group erprobten Lösungen ersetzt der Wasserstoffantrieb die Batterie nicht, sondern ergänzt sie. Das Demonstrationsfahrzeug Renault Emblème verfügt somit über einen Dual-Energie-Elektroantrieb, der von einer wiederaufladbaren Batterie – die für den Alltag ausreicht – und einer Wasserstoff-Brennstoffzelle für Langstrecken angetrieben wird. Diese Konfiguration ermöglicht eine Reichweite von bis zu 1.000 km ohne elektrisches Aufladen, lediglich mit zwei Wasserstoffbetankungen von jeweils weniger als fünf Minuten.

Grundsätze und Vorteile von reinen Elektroautos 

In einem rein elektrischen Fahrzeug wird die elektrische Energie nicht durch eine Brennstoffzelle erzeugt, sondern nach dem Aufladen an einer Stromversorgung – sei es an einer Ladestation auf öffentlichen Straßen oder an einer Steckdose auf einem Privatgrundstück – in einer Batterie gespeichert. Der Elektromotor wird mit dem so gespeicherten Strom versorgt, wodurch er das Fahrzeug antreiben kann. Ergänzend dazuerhält der Elektromotordank seiner Rückkopplungseigenschaften auch zurückgewonnenen Strom, da bei jeder Verzögerung oder jedem Bremsvorgang Energieentsteht, die wieder in Strom umgewandelt wird.

Ein rein elektrisches Auto stößt keinerlei Abgase aus: Es fährtCO₂-frei und emittiert keine Schadstoffpartikel*.Der Wirkungsgrad des Elektromotors istzudem drei- bis viermal höher als der eines vergleichbaren Verbrennungsmotors, was einen geringen Verbrauch und eine hohe Leistung gewährleistet. Schließlich haben diese Autos den Vorteil, dassihnen eine wachsende Anzahlvon Ladeinfrastrukturen zur Verfügung steht, sei es auf der Autobahn, in der Stadt oder zu Hause, beispielsweise durch die Installation von Wandladestationen.

Wasserstoff – eine sichere Technologie

Da Wasserstoff unter hohem Druck gehalten werden muss, sind fortschrittliche Sicherheitsvorrichtungen an Bord der Fahrzeuge erforderlich. Diese bestehen aus Materialien höchster Qualität, um einen sicheren Gasfluss zu gewährleisten. Notentlüftungskreisläufe für Dihydrogen sowie Schutzkomponenten verhindern, dass Stöße oder mögliche Leckagen zu Unfällen führen. Die von der Renault Group untersuchten Fahrzeuge würden beispielsweise über ein System verfügen, das den Wasserstoff in weniger als einer Minute entspannt und verteilt – ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal bei diesen Modellen, die gemäß der europäischen Verordnung (EG) Nr. 79/2009 als „risikofrei“ zertifiziert sind. So kann man so sorgenfrei fahren wie in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, Hybridantrieb oder Batterie-Elektroantrieb. 

Die Reife des Elektroautos

Die Technologien,die in Elektroautos und Wasserstofffahrzeugenzum Einsatz kommen, befinden sich nichtauf dem gleichen Entwicklungsstand. Das Prinzip der Elektromotoren für den Antrieb reichtbis in die Anfänge des Automobils zurück. Die Serienproduktion dieser Art von Elektrofahrzeugen begann bereits in den 1990er Jahren. Im Laufe der Zeit haben die Verbesserung der Ladeinfrastruktur und die zunehmende Reichweite der Batterien den Aufschwung der Elektrofahrzeuge ermöglicht. Im Jahr 2024 machen sie 13,6 % der Verkäufe in Europa aus ***. Dagegen dauerte es bis in die 2010er Jahre, bis „Wasserstoff-Elektroautos“ mit einer Brennstoffzelle entwickelt wurden.  Heute erforscht die Renault Group Wasserstofflösungen für Rennwagen wieden „Alpenglow“, Personenkraftwagen wie den „Renault Emblème“ sowie Nutzfahrzeuge. 

Elektro- oder Wasserstoffantrieb: Wie sieht es mit der Energiespeicherung aus?

Elektroautos werden ausschließlich mit Batteriestrom betrieben. Die Speicherung des Stroms erfolgt direkt im Fahrzeug, und zwar in der Antriebsbatterie. Das „Auftanken“ dieser Fahrzeugart erfolgt durch Aufladen. Dabei wird ganz einfach Netzstrom genutzt – entweder über Ladestationen, die im öffentlichen Raum immer leichter zu finden sind, oder über Steckdosen an privaten Orten wie zu Hause.

Was die Energiespeicherung angeht, verfolgt das Wasserstoff-Brennstoffzellenauto einen ganz anderen Ansatz, da es darum geht, Dihydrogen bereitzustellen und nicht Strom aus dem Netz. Bevor der Tank des Fahrzeugs befüllt werden kann, muss der Dihydrogen also gespeichert werden. Dies stellt an sich schon eine Herausforderung dar, da das chemische Element extrem leicht ist und fast 11 m³ benötigt werden, um ein Kilogramm davon zu speichern. Die Ingenieure haben daher verschiedene Techniken entwickelt, um dieses Volumen zu reduzieren und den Transport sowie die Lagerung von Dihydrogen zu erleichtern. Dabei kommen hauptsächlich zwei Verfahren zum Einsatz: entweder die Erhöhung des Drucks im Tank, wodurch das Gas in einen engeren Raum „komprimiert“ wird, oder die Verflüssigung des Wasserstoffs in einem Behälter bei sehr niedrigen Temperaturen, was hinsichtlich des Platzbedarfs zum gleichen Ergebnis führt.

Elektro- oder Wasserstoffantrieb: Vergleich der CO₂-Emissionen

Was ihre Emissionen im Fahrbetrieb betrifft, so verursachen batteriebetriebene Elektroautos und Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen keinerlei CO₂-Emissionen im Abgas. Die Gesamtberechnung ihrer CO₂-Emissionen muss jedoch über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg erfolgen, d. h. von der Konstruktion des Fahrzeugs bis zu seinem Recycling, und dabei berücksichtigen, auf welche Weise die Energie des Fahrzeugs in „Mobilität“ umgewandelt wird.

Daher ist es vor allem die Art der Energieerzeugung, mit der sie angetrieben werden, die ihren geringen CO₂-Fußabdruck maßgeblich erklärt. Wenn das Stromnetz durch CO₂-arme Kraftwerke (Kernkraft, erneuerbare Energien wie Windkraft, Wasserkraft oder Solarenergie) gespeist wird, ist der Lebenszyklus eines Elektroautos aus ökologischer Sicht nachhaltig. Der CO₂-Fußabdruck von Elektrofahrzeugen wird daher anhand des Energiemixes der Länder berechnet, in denen sie aufgeladen werden. In vielen europäischen Ländern, wie beispielsweise in Deutschland, wo die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien stetig zunimmt, wird der CO₂-Fußabdruck eines Elektroautos sinken, je mehr der Anteil dieser Energien am Energiemix steigt. Im Gegensatz dazu haben die Fahrten eines Fahrers eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor im Laufe der Zeit oder unabhängig vom geografischen Gebiet immer denselben CO₂-Fußabdruck.

Bei Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen erfolgt die Stromerzeugung emissionsfrei im Fahrzeug selbst, und zwar aus dem mitgeführten Wasserstoff. Es ist die Wasserstofferzeugung, die bei diesem Fahrzeugtyp zu CO₂-Emissionen führen kann. Wasserstoff kommt in der Natur auf der Erde nur selten vor. Bislang besteht die einfachste Methode zur Erzeugung von Wasserstoff darin, Erdgas durch chemische Umwandlung zu reformieren, um daraus das Dihydrogenmolekül zu gewinnen. Dies kann zu höheren Kohlenstoffemissionen führen als bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien.

Es gibt jedoch Möglichkeiten, kohlenstoffarmen Wasserstoff zu erzeugen, insbesondere durch die Elektrolyse von Wasser: Das ist das Prinzip der Brennstoffzelle … nur „umgekehrt“! Bei der Elektrolyse entstehen Dihydrogenmoleküle, wofür Strom benötigt wird. Wenn dieser Strom kohlenstoffarm ist (aus Windkraft, Photovoltaik usw. erzeugt), spricht man von „grünem Wasserstoff“ – einer zukunftsweisenden Lösung, um diesen Antriebsmodus noch umweltfreundlicher zu machen!

Elektro oder Wasserstoff: Warum nicht beides?

Auch wenn die Entwicklung des Wasserstoffautos jüngeren Datums ist als die des batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs, können beide Technologien sich ergänzende Lösungen für unterschiedliche Einsatzzwecke bieten. Der batteriebetriebene Elektroantrieb ist nach dem derzeitigen Stand der Dinge für Privatkunden weiterhin der beste Kompromiss. Wasserstoff könnte für Unternehmensflotten oder gewerbliche Nutzer geeignet sein, doch dies setzt den Aufbau einer Ladeinfrastruktur voraus.

So verfügt der Renault Emblème -Demonstrationswagen über einen Dual-Energie-Elektroantrieb, der von einer wiederaufladbaren Batterie – die für den Alltag ausreicht – und einer Wasserstoff-Brennstoffzelle für Langstrecken angetrieben wird. Diese Konfiguration ermöglicht eine Reichweite von bis zu 1.000 km ohne elektrisches Aufladen, wobei lediglich zwei Wasserstofftankvorgänge von jeweils weniger als fünf Minuten erforderlich sind. Damit wird ein bisher unerreichtes Ziel erreicht: eine Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks um 90 % im Vergleich zu einem Captur mit Verbrennungsmotor aus dem Jahr 2019.

Wasserstoff- und Batterie-Elektroantriebe ergänzen sich viel mehr, als dass sie im Widerspruch zueinander stehen, und davon profitiert vor allem einer: der Fahrer!

* Während der Fahrt entstehen weder CO₂-Emissionen noch regulierte Luftschadstoffe, abgesehen von Verschleißteilen

**: Reichweite nach WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure), normierter Fahrzyklus: 57 % Stadtverkehr, 25 % Überlandverkehr, 18 % Autobahnverkehr)

*** Quelle: ACEA