E‑Mobilität ist nicht nur Batterie, E‑Mobilität ist auch Brennstoffzelle. Für die braucht man Wasserstoff (Erdgas würde auch gehen, doch ist das nicht regenerativ). In der Mobilität könnte man den Wasserstoff auch verbrennen. Versuche dazu gab es reichlich.
Erste Überlegungen dazu sind bereits 200 Jahre alt. BMW war später Vorreiter mit dem Hydrogen 7, gab den Versuch jedoch auf, da die Diffusionsverluste im Tank zu hoch waren. Und wer verliert schon Geld durch Treibstoffflüchtigkeit.
Wissenschaftler aus Graz sind nun der Frage nachgegangen, was denn effizienter sei – den Wasserstoff via Verbrenner zu verbrennen oder per Brennstoffzelle in Strom und damit in Antriebsenergie umzuwandeln. Sie kamen zu folgenden Schlüssen:
H2 für Verbrennungsmotor
Vorteile
- Vielstofftauglich, also auch Gemische mit Erd- und Biogas
- Bivalenter Betrieb möglich
- Retrofit möglich
- Robust und Kostengünstig
- Fertigungs/Fahrzeugstruktur mit > 1 Mrd. Fahrzeugen
Nachteile
- Limitierter Wirkungsgrad
- Nicht vollständig Schadstofffrei
- Reichweite mit H2 Speicher eingeschränkt
- Geräuschemission entsprechend Benzin-VKM
H2 für Auto-Brennstoffzelle
Vorteile
- Hoher Wirkungsgrad (nicht durch Carnotprozess begrenzt)
- Lokal Emissionsfrei (Tank to Wheel)
- Keine bewegten Teile, Lärmarm
Nachteile
- Kosten (zunächst) enorm hoch
- Infrastrukturabhängigkeit (H2 Versorgung) derzeit sehr hoch
- Lebensdauer ungewiß
- H2 Erzeugung entscheidend für Well to Wheel
Für die Verbrennung spricht also die vorhandene Infrastruktur und die vorhandene Technologie des Verbrenners, da der Wasserstoff hier grundsätzlich im bivalentem Betrieb verbraucht wird. Das ist sowohl für Diesel als auch für Benzin möglich. Der große Nachteil ist der jedes Verbrennungsmotors – der geringe Wirkungsgrad.
Für die Brennstoffzelle ist es genau anders herum. Hier fehlt die Infrastruktur so gut wie komplett, auf der anderen Seite ist die Effizienz unschlagbar gut für den Verkehrssektor.
Dabei wäre das Infrastrukturproblem zu lösen, wenn die Brennstoffzellen statt Wasserstoff mit Erdgas betankt würden. Dafür existieren allein in Deutschland gut 900 Tankstellen. Doch ist dies weder von der Industrie noch von der Politik gewollt, da auch im Verkehrssektor Emissionsfreiheit angestrebt wird. Und der wäre mit Erdgas nicht zu haben. Es sei denn, man tankt reines Biogas.
Die Wissenschaftler sehen noch weiter Problemfelder, die Wasserstoff als Treibstoff prägen:
- Wesentlicher Einfluß der gesetzlichen Rahmenbedingungen (CO2-Steuer, Emissionsgesetze, Verkehrsbeschränkungen) auf die Entwicklung von Fahrzeugantrieben (Benzin/Diesel/Gas, Plug-In Hybrid‑, Batterieelektrische- und Brennstoffzellenantriebe)
- Vielfalt der Antriebskonzepte wird steigen, keine Konvergenz absehbar
- Umweltbilanz (v.a. CO2 Potenzial) von Wasserstoffantrieben extrem abhängig von dessen Bereitstellung
- Vorteile der Brennstoffzelle entsprechen denen von E‑Antrieben, zusätzliche Vorteile durch Reichweite und Betankungszeiten vergleichbar Verbrenner
- Kosten Brennstoffzelle für Massenmarkt derzeit nicht konkurrenzfähig
- Wasserstoff im Verbrenner limitiert im Wirkungsgrad, aber Vorteil der Vielstofffähigkeit der VKM – diese könnte als Brückentechnologie insbes. Erdgas-Wasserstoff Gemische verarbeiten, die in bestehender Erdgas-Infrastruktur gespeichert, transportiert und verteilt werden könnten
Die hier vorgestellten Ergebnisse fußen auf den Arbeiten der Wissenschaftler Helmut Eichlseder, Claus Matzer, Martin Rexeis vom Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, Technische Universität Graz; und Manfred Klell, Alexander Trattner, HyCentA Graz
Ein Vortrag zu dem Thema findet sich hier.
Der aktuelle Referentenentwurf des EEG 2016, der auch die Zukunft von Biogas als möglichen Mobilitäts-Kraftstoff beinhaltet, findet sich hier bei Energieblogger-Kollegen Daniel Bannasch auf seinem Blog Metropolsolar.
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