Die Kombination von Wasserstoff und Elektro-Antrieb hat viele Vorteile
Brennstoffzelle oder Batterie? Das ist hier nicht die Frage. Jedes System für sich hat auch entscheidende Nachteile. Aber in der Verbindung könnte daraus eine vielversprechende Lösung für die Zukunft entstehen.
SALZBURG. Was wird die Zukunft sein? Wasserstoff- oder E-Autos? Die Lösung liegt wahrscheinlich gar nicht im Entweder-oder. Stefan Jakubek und Daniel Ritzberger vom Institut für Mechanik und Mechatronik an der TU Wien sind jedenfalls überzeugt, dass vielmehr in der Kombination verschiedener Technologien die Antwort liegen könnte.
Ein Konzeptfahrzeug, das die Vorteile einer Brennstoffzelle mit der Batterietechnik vereint, wurde dieser Tage von einem Konsortium unter Leitung des Antriebssystementwicklers AVL List in Graz präsentiert. Die dafür notwendige, ausgeklügelte Regelungstechnik für die Brennstoffzelle wird an der TU Wien entwickelt.
„Die Vorteile dabei sind kurz auf einen Nenner gebracht: Ähnlich wie beim Verbrennungsmotor kann man damit Leistung und Reichweite unabhängig voneinander installieren“, erklärt Ritzberger. Das Demonstrationsfahrzeug kann in der derzeitigen Konfiguration 500 Kilometer zurücklegen. Die Reichweite könnte man aber auch auf 700 Kilometer ausbauen. Dazu kommt, dass man Wasserstoff ähnlich wie Diesel oder Benzin innerhalb weniger Minuten an der Zapfsäule tanken kann.
Aber das sind nicht die einzigen Vorteile, die eine Kombination von Brennstoffzelle und Batterie zukunftsfähig machen könnten. Das große Plus einer Batterie ist, dass sich ein Fahrzeug damit ohne große technischen Herausforderungen sehr dynamisch betreiben lässt – je nachdem, wie man aufs Gaspedal tritt.
Die Brennstoffzelle erfordert nach Angaben Ritzbergers hingegen eine sehr komplexe Regelungstechnik. Der innere Zustand, wie die Wasserstoff- und Sauerstoffkonzentration oder die Feuchtigkeit der Membran, muss ständig innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden. Egal ob man locker dahinrollt oder Vollgas gibt. Nur so ist sichergestellt, dass die Brennstoffzelle effizient arbeitet und eine möglichst hohe Lebensdauer erreicht. Gefahren wird beim jüngst präsentierten Prototypen also mit der Batterie, und die mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle ist der Energielieferant. Dabei ist dynamisches Fahren problemlos garantiert und auch das Reichweitenproblem der Batterien ist gelöst.
Bleibt die Frage nach der Energieeffizienz, die beim Thema Wasserstoff derzeit noch die wohl größte Herausforderung ist. Ritzberger sieht dann einen Vorteil, wenn man insgesamt auf eine wasserstoffbasierte Lebensweise umstellen würde. „Wasserstoff kann man mit erneuerbaren Energieträgern erzeugen und vor allem langfristig speichern. Bei den Batterien haben wir in erster Linie nur die Pumpspeicherkraftwerke.“
Auch das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) sieht in der Brennstoffzelle die optimale Ergänzung zu den Batterien. Am IWU in Chemnitz arbeitet man vor allem daran, die Brennstoffzellen billiger herzustellen und effizienter zu machen. „Wir erforschen unter anderem, wie wir die konventionellen Grafit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen können“, erläutert Sören Scheffler, der Projektleiter am IWU.
Vergleicht man ein reines Elektroauto mit einem Wasserstoffauto, ist schnell klar: Von der Energieeffizienz kann der Wasserstoff derzeit nicht mithalten.
Vor allem so lange nicht, solange Wasserstoff hauptsächlich mit Erdgas erzeugt wird. Manfred Schrödl vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe an der TU Wien hat vorgerechnet, dass derzeit das „Wasserstoffauto ungefähr 2,4 Mal so viel Energie benötigt wie das klassische Elektroauto, und das mit grünem Wasserstoff“. Wird der Wasserstoff mit Erdgas erzeugt, ist ein mit einer Brennstoffzelle betriebenes Fahrzeug nach Angaben Schrödls nicht besser als ein gewöhnliches Auto, das sechs bis sieben Liter Diesel oder Benzin auf 100 Kilometern verbraucht.
So schnell, wie die Technologien derzeit weiterentwickelt werden, ändern sich natürlich auch solche Rechenbeispiele. Fragt man nach den Chancen für die nahe Zukunft, dann sehen die Experten die Potenziale für den Wasserstoff zunächst vor allem bei Fahrzeugen, die hohe Lasten über weite Strecken transportieren.
Rein mit Batterien sei das derzeit nur unter hohem technischen Aufwand und großen Kosten zu betreiben. Für die Experten des Klimafonds ist Wasserstoff darüber hinaus für Flugzeuge, Schiffe und Züge interessant.