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14.08.2020 | Automobil + Motoren | Im Fokus | Onlineartikel

Wie realistisch Wasserstoff für Verbrennungsmotoren ist

Autor:
Frank Urbansky
3 Min. Lesedauer

Wasserstoff für Verbrennungsmotoren bietet viele Vorteile, etwa eine sehr hohe Energiedichte. Dem stehen jedoch einige Nachteile, wie die fehlende Infrastruktur, gegenüber.

Weltweit gab es schon viele Versuche, Wasserstoff in Verbrennungsmotoren einzusetzen. Für die Verkehrswende ist er eine Option. "Wasserstoff ist das einzige Brenngas mit technischer Verwendung, dass frei von Kohlenstoff ist. Entsprechend stellt Wasserstoff eine sinnvolle Alternative zu konventionellen Kraftstoffen dar. Gerade der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren bietet eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit einer signifikanten Reduzierung der CO2-Emissionen im Verkehrssektor", beschreibt ein Springer-Vieweg-Autorenkollektiv um Kevin Klepatz im Buchkapitel Verlustanalyse eines direkteinblasenden Wasserstoffverbrennungsmotors auf Seite 396 einen der Gründe, warum an dem Thema, trotz vieler Misserfolge, weiter geforscht wird.

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Verlustanalyse eines direkteinblasenden Wasserstoffverbrennungsmotors

Wasserstoff ist das einzige Brenngas mit technischer Verwendung, dass frei von Kohlenstoff ist. Entsprechend stellt Wasserstoff eine sinnvolle Alternative zu konventionellen Kraftstoffen dar. Gerade der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren bietet eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit einer signifikanten Reduzierung der CO2-Emissionen im Verkehrssektor.

Soll Wasserstoff in Verbrennungsmotoren genutzt werden, kann dies flüssig oder gasförmig erfolgen. Die jüngsten Projekte setzen auf eine gasförmige Speicherung von etwa 350 bar für Nutzfahrzeuge und 700 bar für Pkw. Thomas Korn ist Geschäftsführer von Keyou, ein Startups, das auf die Umrüstung von Nutzfahrzeugen spezialisiert ist. Er nennt 450 bis 500 bar als thermisches Optimum.

Energiedichte sehr hoch

Dabei weist Wasserstoff eine fünf- bis sechsmal höhere Energiedichte als eine Traktionsbatterie auf Lithium-Ionen-Basis auf. Zudem ist die Herstellung deutlich günstiger, laut Korn um den Faktor 20. Denn für Wasserstoff braucht es keinen neuen Antriebsstrang. Er kann in Benzin- oder Dieselmotoren genutzt werden, wobei Benzinmotoren deutlich besser geeignet sind (siehe "Das könnte Sie auch interessieren" unter diesem Beitrag: "Potenzial des Wasserstoff-Verbrennungsmotors häufig nicht bekannt").

Die Fahrzeuge selbst müssten, ebenso wie die Tankstellen, jedoch die hohen Drücke aushalten können. Drucktanks, die bis zu 700 bar aushalten müssen, sind sehr schwer und reduzieren bei Nutzfahrzeugen die Transportlast. Ob sie sich für Pkw überhaupt lohnen, ist nicht endgültig geklärt. Dabei sind die Tankstellen selbst für 700 bar ausgelegt. Gedacht sind sie für Brennstoffzellenfahrzeuge. Nutzfahrzeuge mit 350 bar Druck könnten derzeit dort gar nicht betankt werden.

Damit hängt ein weiteres logistisches Problem zusammen, mit dem auch der batterieelektrische Antrieb zu kämpfen hat: eine fehlende Infrastruktur. Während beim Laden von E-Autos langsam eine flächendeckende Versorgung mit derzeit rund 20.000 Ladestationen möglich ist, gilt das bei Wasserstofftankstellen nur für 84 Tankstellen, von denen zudem das Gros in Berlin installiert ist.

Umbau der Logistik sehr teuer

Damit muss aber auch das Brennstoffzellenfahrzeug, das ebenfalls Wasserstoff für den Betrieb benötigt, leben. Das Forschungszentrum Jülich schätzt in diesem Zusammenhang die Kosten für den gesamten Umbau der Mobilitätslogistik und Infrastruktur auf Wasserstoff in Deutschland auf 61 Milliarden Euro.

Das wird wohl das größte Hemmnis bei der Einführung hierzulande sein. Dennoch resultiert im Vergleich zu den genannten alternativen Antrieben ein deutlicher Vorteil. "Der Wasserstoffverbrennungsmotor ist im Bereich der Zero-Emission-Antriebe für den Schwerlastverkehr eine Alternative zu Brennstoffzellenantrieben und rein batterieelektrischen Antriebskonzepten", benennen diesen die Springer-Autoren Daniel Koch, Thomas Ebert und Alvaro Sousa im Zeitschriftenbeitrag Transformation vom Diesel zum H2-Hoch-AGR-Magerkonzept auf Seite 30.

Jedoch muss der Wasserstoff dafür aus regenerativen Quellen stammen. Das ist derzeit zu 99 Prozent nicht der Fall, da er aus der Dampfreformation von Erdgas gewonnen wird. Dieser fossile Weg ist auch wirtschaftlich im Vorteil: So hergestellter Wasserstoff kostet rund 2 Euro je Kilogramm, der aus biogenen Quellen (die jedoch noch im Erprobungsstadium sind) etwa drei bis fünf Euro und der aus der Elektrolyse von erneuerbar hergestelltem Strom acht Euro.

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Quelle:
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