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Foto: Daimler Renault Trucks

Alternative Antriebssysteme

Wasserstoff zur Energieeinsparung

Alternative Antriebssysteme: Der Energiekonzern Shell und das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie haben in ihrer jüngsten Studie die wachsende Bedeutung von Wasserstoff zur Energieeinsparung und Treibhausgasminderung herausgestellt.

Das Element Wasserstoff (H) ist zunächst von den großen, faltbaren Perioden-system-Tafeln aus dem Chemieunterricht und den laut aufheulenden Knallgas-proben der Chemielehrer mitsamt ihren orangefarbenen Ohrschützern bekannt. Hydrogenium (H) – so der wissenschaftliche Begriff für Wasserstoff – ist das erste Element im Periodensystem und zugleich das kleinste und leichteste Atom. Auf der Erde kommt Wasserstoff nur in molekularer Form (H2) als farb- und geruch-loses Gas vor, aber ebenso in gebundener Form (H2O) als Wassermolekül.

Wasserstoff lässt sich mit der sogenannten Dampfreformierung gewinnen: Fossile kohlenstoffhaltige Energieträger, wie zum Beispiel Erdgas (Methan) und Wasser, werden in einer endothermen Reaktion, also unter Wärmezufuhr gespalten. Daraus entstehen Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Zwar gilt Wasserstoff aktuell als der umweltfreundlichste Energieträger, jedoch werden derzeit für die Herstellung noch fossile Brennstoffe benötigt. Die Energiebilanz des Wasserstoffs ist damit ähnlich schlecht, wie die von Elektroautos.

Wasserstoff wurde als Knallgas bereits im 17. Jahrhundert entdeckt

Sowohl Brennstoffzellen- als auch Elektrofahrzeuge sind auf die Verbrennung von Erdgas, Kohle oder nuklear erzeugte Energie angewiesen. Jedoch soll laut Studie künftig bei der Herstellung von Wasserstoff auf fossile Brennstoffe verzichtet werden können, da Wasserstoff entweder über biomassebasierte Dampfreformierung oder über Elektrolyse – mittels Strom aus erneuerbaren Energien – produziert werden kann. Das Element Wasserstoff wurde als "Knallgas" bereits im 17. Jahrhundert entdeckt von Théodore Turquet de Mayerne.

Doch erst in den 1960er-/70er-Jahren gewann Wasserstoff als künftiger Energie-lieferant an Bedeutung. Speziell das Wettrüsten zwischen den beiden Supermächten USA und der UdSSR hat die Herstellung großer Mengen des "neuen" Wundermittels beschleunigt. Hermann Oberth fand in dem nach ihm benannten Effekt heraus, dass sich bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff die Austrittsgeschwindigkeit durch Erhöhung des Wasserstoffanteils steigern lässt. Das liegt daran, dass infolge des Wasserstoffüberschusses die Dissoziation (Vorgang der Teilung einer chemischen Verbindung in Moleküle) praktisch ausgeschaltet wird.

Brennstoffzellen wurden schon ab 1963 in der Raumfahrt verwendet

Reiner Wasserstoff ist leichter und kann daher schneller ausströmen. Damit war ein wirkungsvoller Antrieb entdeckt, jedoch mangelte es noch an einer geeigneten Apparatur, um die Energie richtig nutzen zu können. Die weitere Forschung mündete in den Brennstoffzellen, wie wir sie heute kennen und die schon ab 1963 in der Raumfahrt verwendet wurden. Innerhalb der Brennstoffzelle – fachlich korrekt Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle genannt – wird die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt. Darin sehen viele Wissenschaftler den Energielieferanten der Zukunft.

Mit der Energiekrise der späten 1970er-Jahre begannen die ersten Konzerne, die Brennstoffzelle in verschiedenen Fahrzeugen zu testen. Bereits zu diesem Zeitpunkt sprachen sich die Forscher dahingehend aus, die neue Technologie zur Eindämmung der Emissionen einzusetzen. Die Studie geht davon aus, dass sich im Jahr 2050 mit 113 Millionen Wasserstoff-Pkw 68 Millionen Tonnen Kraftstoff sowie fast 200 Millionen Tonnen CO2-Emissionen einsparen lassen.

Erste Pkw-Modelle haben Sprung in Serienproduktion geschafft

Bei Flurförderzeugen hat sich der H2-Bestand in den letzten Jahren – vor allen Dingen in den USA – auf 11.000 Fahrzeuge gesteigert. Im Pkw-Bereich haben die ersten Modelle (z. B. Toyota Mirai, Hyundai ix35 Fuel Cell) den Sprung in die Serienproduktion geschafft.Im Nutzfahrzeugsegment sind laut Studie Busse – aufgrund öffentlicher Förderprojekte– Technologieträger Nummer eins. Auf der IAA im vergangenen Jahr hat Mercedes als Besuchershuttle zwei Citaro zur Verfügung gestellt.

So waren jeweils ein Citaro NGT mit Erdgasantrieb, wie auch ein Citaro FuelCell-Hybrid mit Brennstoffzelle im Einsatz. Auch kleinere und mittlere Lkw im Nah- und Verteilerverkehr können von der Entwicklung profitieren. So hat zum Beispiel Renault Trucks nach eigenen Angaben zusammen mit der französischen Post im Jahre 2015 einen einjährigen Feldversuch in Dole – Département Jura – gestartet, um die Technologie in einem 4,5-Tonner als Elektrofahrzeug mit Range Extender auf Wasserstoffbasis zu testen.

Mercedes setzt auf Erdgasantrieb

Für schwere Nutzfahrzeuge steckt die Entwicklung allerdings größtenteils noch in den Kinderschuhen. Fast alle großen Hersteller entwickeln verschiedenste Antriebskonzepte, um den Ausstoß von schädlichen Emissionen zu verringern. Dabei gehen die Lkw-Bauer höchst unterschiedlich vor. Mercedes setzt auf Erdgasantriebe, während MAN, Scania und Volvo die Zukunft in einem Elektrohybridantrieb sehen. Beide Antriebskonzepte haben jedoch den Nachteil, dass sie noch auf absehbare Zeit auf die Verbrennung von fossilen oder atomaren Brennstoffen angewiesen sind.

Frankreich und England sehen in der Kernenergie eine Brückentechnologie, während Deutschland sich für den Einsatz erneuerbarer Energie einsetzt. Aus diesem Grund spricht sich die Studie für eine Förderung der Brennstoffzellentechnologie von Seiten der Europäischen Union aus. Die Entwicklung der Brennstoffzelle kann somit weiter gefördert werden, um wirkungsvoll die hohen Umweltbelastungen in Städten zu senken. Darüber hinaus empfiehlt Shell eine Privilegierung der Fahrzeuge, wie zum Beispiel Ausnahmen bei Einfahrverboten und eine verstärkte Aufklärung für mehr Akzeptanz bei den Konsumenten.

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5. April 2017
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