Wer in der Vergangenheit von Wasserstoff-Lkw sprach, der hatte zumeist Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen vor Augen. Die Technologie ist mittlerweile schon Jahrzehnte präsent in den Entwicklungsabteilungen und gilt weiter als ein Hoffnungsträger für die dekarbonisierte Zukunft des Straßengüterverkehrs – und zwar immer dann, wenn die Strecken für batterieelektrische Lkw zu lang, die Lasten zu schwer und die Leistungsanforderungen zu groß werden.
Die Idee: In der Brennstoffzelle wird durch die chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Strom generiert, der mittels eines elektrischen Antriebsstrangs in Vortrieb umgesetzt werden kann. Als „Abfallprodukt“ entsteht allein Wasserdampf.
Die Umsetzung: Die Brennstoffzelle deckt die Grundlast ab, liefert konstant und kräftig Energie. Kurzfristige Leistungsspitzen werden durch eine kompakte Pufferbatterie abgefedert. Ein Brennstoffzellen-Lkw könnte damit mehr oder weniger nur eine Modellvariante eines Batterie-Elektro-Lkw sein, es müsste kein vollständig eigenständiger Truck gebaut werden. Das würde die Serienproduktion vereinfachen. Außerdem könnte der Brennstoffzellen-Lkw weiter mittels des Elektroantriebs und der Pufferbatterie rekuperieren, also Bremsenergie zurückgewinnen und zwischenspeichern.
Es gibt aber auch Herausforderungen: Für die chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser müssen die Gase möglichst rein in die Brennstoffzelle gelangen. Beim getankten Wasserstoff ist das noch relativ einfach. Die angesaugte Luft muss jedoch aufwändig vorkonditioniert werden. Dazu darf kein Öl in die Zelle gelangen. Das Kühlmittel wiederum sollte möglichst deionisiert sein, also kaum leitfähig, um im Schadensfall keinen Stromfluss zuzulassen.
Kühlung der Brennstoffzelle
Die Kühlung einer Brennstoffzelle ist ohnehin ein schwieriges Kapitel. Anders als beim Verbrennungsmotor sind gleich mehrere separate Kühlkreisläufe nötig. Der Kühlbedarf ist im Vergleich relativ hoch – etwa 50 Prozent höher als bei einem Verbrenner. Gleichzeitig ist die Temperaturdifferenz zur Außentemperatur recht gering, da die „Verbrennung“ von Wasserstoff und Sauerstoff, rein chemisch gesehen, kalt abläuft. Deshalb ist mehr Kühlmittel nötig und das Fahrzeug braucht größere Kühlerflächen.
Die Brennstoffzelle ist im Wasserstoff-Kapitel aber nicht ohne Alternative. Um aus Wasserstoff Energie zu gewinnen, muss man es nämlich nicht zwangsläufig in einem chemischen Prozess mit Sauerstoff zu Wasser umwandeln und daraus Strom generieren. Man kann den Wasserstoff genauso gut klassisch verbrennen, so wie man das aktuell mit fossilen Kraftstoffen handhabt.
Der Wasserstoff-Hubkolbenmotor kann damit punkten, dass er sehr ähnlich zum heute gängigen Verbrenner ist. Die aktuelle Dieselmotorarchitektur könnte also bestehen bleiben. Die technische Basis ist dazu ausgereift, während die Brennstoffzelle noch ein relativ sensibles Konstrukt ist. Und: Je schwerer die Güter und je anspruchsvoller die Strecke – mit anderen Worten: je höher die benötigte Leistung –, desto näher rückt der Wasserstoff-Verbrennungsmotor in puncto Effizienz an die Brennstoffzelle heran. Bremsenergie zurückgewinnen könnte ein Lkw mit Wasserstoff-Verbrenner wiederum mit einem Hybridantrieb mit zusätzlicher Elektromotor- und Batterie-Einheit.
