Im Vergleich: Wasserstoff, Elektro, Diesel und Benzin
Bei der Mondlandung von Apollo 11 befanden sich Brennstoffzellen an Bord – eine mächtige Energiequelle, deren Abfallprodukt die Astronauten sogar trinken konnten: reines Wasser.
Heute, rund 50 Jahre später, finden wasserstoffbasierte Brennstoffzellen auch für Fahrzeuge auf dem Erdplaneten verbreitet Anwendung.
Wasserstoff vs. Benzin
Denn verglichen mit Benzin schont Wasserstoff das Klima und ist ökologischer, denn aus dem Auspuff eines Wasserstoffautos kommt nur Wasserdampf. Ein weiterer Vorteil: Ein Auto, das mit Wasserstoff fährt, ist genau so schnell getankt wie ein Benzinauto und hat dabei eine bessere Reichweite als das Elektroauto.
Energiedichte von Wasserstoff im Vergleich
Zweitens, und das war schon für die Raumfahrt das entscheidende Argument: Wasserstoff wiegt lächerlich wenig im Verhältnis zu seiner gespeicherten Energie. Dies nennt man Energiedichte, und verglichen mit allen bekannten Brennstoffen hat Wasserstoff die höchste Energiedichte: dreimal mehr als Diesel und über hundertmal mehr als eine Elektroauto-Batterie.
Wasserstoff vs. Elektromobilität: Warum wir nicht nicht längst mit Wasserstoff fahren
Wasserstoff ist kompliziert und teuer. Bei über –259,2 °C ist er gasförmig und muss komprimiert werden, um in ein Auto zu passen. Noch fehlt die Infrastruktur für diese aufwendige Handhabung. In der Schweiz gibt es genau zwei Wasserstofftankstellen (eine Dritte ist in Zofingen im Bau), und Wasserstoffautos bleiben ein seltener Anblick.
Zudem haben mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge einen viel tieferen Wirkungsgrad als rein Batterie-elektrisch betriebene. Wasserstoff-Fahrzeugen brauchen aufgrund der Herstellung des Wasserstoffs mindestens doppelt so viel Strom, um die gleiche Strecke zurückzulegen wie Elektroautos.
Lesen Sie hier den Beitrag: Das E-Auto: 5 Vorurteile im Faktencheck
Ein flächendeckendes Elektrizitätsnetz gibt es hingegen schon lange. Man brauchte «nur» die Ladestationen für Elektroautos daran anzuschliessen; ihre Zahl konnte so in den letzten Jahren rasant wachsen (Ladestationen finden).
Auch wichtig ist, was von der Energie von ihrer Erzeugung bis zur Freisetzung auf der Strasse noch übrig bleibt. Dies nennt man den Wirkungsgrad Well-to-Wheel, und bei Elektrobatterien ist dieser rund doppelt so hoch wie bei dem noch aufwendig umgewandelten Wasserstoff.
Auf den ersten Blick könnte man meinen, Wasserstoffmobilität sei bereits Geschichte, so wie es die Benziner bald sein sollten.
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Die Elektromobilität krempelt die Autoindustrie um
Investitionen in Milliardenhöhe verbesserten nicht nur die Ladeinfrastruktur, sondern auch die Technologie der Elektroautos. Ihr Preis, ihre Reichweite und ihre Ladegeschwindigkeit werden stetig akzeptabler für viele Konsumentinnen, nicht nur für vermögende Öko-Enthusiasten. Dies verunsichert die traditionelle Autoindustrie.
«Elektromobilität ist wie eine Ketchup-Flasche. Wir wissen, dass etwas kommt. Aber wir wissen nicht, wann und wie viel es sein wird.»
– Ola Källenius, Daimler-Vertriebsvorstand
Und wann und wie viel es sein wird, das ist überlebenswichtig für die Autoindustrie. Für herkömmliche Verbrenner-Autos hat sie jahrzehntelang immer kompliziertere Gangschaltungen ausgetüftelt, um ein möglichst geschmeidiges Fahrgefühl zu erzeugen.
Elektroautos dagegen brauchen nicht nur überhaupt keine Gangschaltung, sie beschleunigen auch noch besser. Und weil Elektromotoren unkomplizierter gebaut sind, lässt sich mit ihnen auch weniger Geld für die Wartung verdienen.
«Ein Achtzylindermotor hat 1200 Teile, die montiert werden müssen, ein Elektromotor nur 17 Teile.»
– Manfred Schoch, BMW-Gesamtbetriebsratsvorsitzender
Was Elektrobatterien aber nicht so gut können: schwere Lasten transportieren. Teslas werden extra mit leichtem Aluminium gebaut, und es wird sogar empfohlen, sie nicht unnötig schwer zu beladen, damit sie eine grössere Reichweite bieten.
Batterie, Wasserstoff, Diesel: Ein Vergleich
Für Lastwagen ist leicht sein, um den Akku zu schonen, keine Option, denn die sollen ja gerade beladen werden. Trotzdem gibt es Elektrolastwagen. Lidl Schweiz gab auf Anfrage an, seit 2014 zwei E-Lastwagen zu betreiben. Im urbanen Gebiet macht ihr Einsatz durchaus Sinn, denn sie sind nicht nur schadstofffrei, sondern zur Freude der Anwohner auch leise.
Allerdings gibt Lidl zu, dass das höhere Gewicht der Batterien eine verringerte Nutzlast gegenüber Diesel-LKWs bedeute. Für Schwerlasttransporte in der hügeligen Schweiz braucht es daher eine weitere Alternative zum Diesel, und hier kommt Wasserstoff ins Spiel.
Wasserstoff als Alternative zum Diesel
Brennstoffzellen in Lastwagen punkten gegenüber Batterien gleich mehrfach: Sie sind leichter, das Tanken geht so schnell wie bei einem Benziner (7 Minuten), und ihre Reichweite ist die gleiche wie bei einem Dieselfahrzeug. Für die Privatwirtschaft sind das genug Argumente, teils ergänzt dank staatlicher Förderung. Coop nahm 2016 seine ersten Wasserstoff-Lastwagen in Betrieb. 1000 weitere will Hyundai zusammen mit H2 Energy bis 2025 in die Schweiz bringen. Die Fahrzeuge sollen 34 Tonnen Last und Voralpenpässe bewältigen können. Ob Wasserstoff Diesel auch bei Schwerlasttransporten über weite Strecken und Alpenpässe ablösen kann, wird sich noch zeigen.
Wasserstoff: nach der Mond- die Erdlandung
André Wipf, der Leiter Fahrzeug-Kompetenzzentrum und Logistik des Stadtzürcher Elektrizitätswerks (ewz), ist der Ansicht, dass sich Wasserstoff für lange Distanzen und den LKW-Bereich durchsetzen kann. Und nicht nur dort.
«Wird die Technik günstiger, ist durchaus denkbar, dass sich am Ende ein «Plug-In-H2» durchsetzen wird.»
– André Wipf, ewz
Grosse Chancen gibt André Wipf persönlich deshalb dem Plug-In-H2 (PFCEV Plugin-Fuel-Cell-Electric-Vehicle), einem Elektro-Wasserstoff-Range-Extender, der zurzeit von verschiedenen Autoherstellern entwickelt wird. Im Gegensatz zum sehr schweren Plugin-Hybrid (PHEV Plugin-Hybrid-Elektric-Vehicle), der neben einem Elektromotor mit Fahrbatterie die ganze konventionelle Motoren- und Tanktechnik mitführen muss (Verbrennungsmotor, Elektronik, grosser Tank bis zu 60/70 Litern Inhalt), kann der PFCEV mit einer – zugegebenermassen auch nicht leichten – Brennstoffzelle, Elektronik und Gasflasche die Fahrbatterie wieder mit Energie versorgen.
Das Plug-in-H2-System vereine das Beste beider Welten. Für den kurzen Arbeitsweg reicht die Batterie, natürlich bestenfalls aufgeladen mit 100% Naturstrom. Und für die Ferien brauchen wir den teureren Wasserstoff, der dafür längere Strecken bewältigen kann. Zum Beispiel nach Sibirien – oder auf den Mond.
@Peter Müller: Der EMPA-Link macht keinen Vergleich zwischen Brennstoffzellen-Pkw und Batterie-Pkw. Ihre Behauptung, dass Elektroantrieb für die Bewegung «schwerer Lastern über 1000 kg» ungeeignet sei, wird durch kein Wort bestätigt. Einen ETH-Link haben Sie trotz anderweitiger Behauptung nicht liefern können.
Und was Sie mit dem Toyota-Link beweisen wollen, ist mir schleierhaft, denn naturgemäss propagiert ein Hersteller das als Nonplusultra, was er verkaufen will, und nicht unbedingt das, was energetisch am Sinnvollsten ist.
Der Rest Ihres Posts ist voller Polemik («neoliberales System», «Greta-Auftritt», «Wissenschaft korrumpiert») und einem Copy/Paste des EMPA-Artikels. Damit haben Sie ein weiters Mal schön gezeigt, dass Sie auf Meinung und Emotion setzen (müssen), da es keinerlei Fakten gibt, die Ihre Position stützen würde.
Zusammenfassung: Sie sind mit *keinem* Wort auf meine diversen Belege (ETH-Link, Lkw-Berechung H2 vs. Batterie, das Strategiepapier) eingegangen, da Sie zugeben müssten, falsch zu liegen [Redaktion hat hier einige Worte persönlicher Ansprache gekürzt]. Ganz offensichtlich können Sie Ihre Ansichten nicht mal ansatzweise belegen, auch nicht mit dem EMPA-Link, der keine Ihrer fünf ursprünglichen Behauptungen stützt. Ausserdem habe ich alle Ihre fünf Punkte klar widerlegt.
Ich beende die «Diskussion» hiermit endgültig, denn es ist keine Diskussion, wenn das Gegenüber auf keinerlei Punkte eingeht. Bitte seien Sie nicht allzu enttäuscht, wenn Sie spätestens in ein paar Jahren realisieren werden, dass H2-Technologie im Pkw niemals im grossen Stil kommen wird. Ich habe Sie vorgewarnt.
Richtig. Die Kosten einer Brennstoffzelle werden immer höher sein ggü. den eines rein elektrischen Antriebes.
@Daniel Schreiber, nun liefere ich ihnen Beweise :
Alles unter https://www.empa.ch/web/move/overview zu lesen und zu recherchieren . https://www.toyota.de/automobile/brennstoffzellenautos.json
Leider ist die Wissenschaft schon unter Druck und teilweise korrumpiert, etwas gegen die E-Antriebe bei Autos und deren Milliardengeschäfte die sich das Neoliberale System mit dem E-Auto nun wegen dem Greta -Auftritt erhofft auszusagen oder entgegen zu treten, ( ein Schlem der Böses vermutet, dass alles sehr klug inszeniert ist, und teilweise korrumpiert, etwas gegen die E-Antriebe bei Autos auszusagen.)
move – Empa demonstriert die Mobilität der Zukunft !!!!! Nicht des heutigen Schnellschusses E-Autos
Nachhaltige Mobilität heisst den Verbrauch fossiler Energieträger wie auch den CO2-Ausstoss massiv zu senken. Eine Chance bietet die Umwandlung erneuerbarer Elektrizität in entsprechend CO2-arme und speicherbare Energieträger wie Wasserstoff oder Methan und deren Nutzung als Treibstoffe für den Individual- und Güterverkehr. Im move, dem Future Mobility Demonstrator, zeigt die Empa in Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung, Wirtschaft und öffentlicher Hand, wie die Mobilität der Zukunft ohne fossile Energie funktionieren könnte.
@Peter Müller: Jetzt muss ich doch nochmals antworten, denn es ist genau so passiert, wie ich dachte: Weitere Wiederholungen ihrer Falschbehauptungen ohne jegliche Belege. Tatsächlich schreibt die ETH das *Gegenteil* von dem, was Sie behaupten:
«Wasserstoff ist als Energieträger grundsätzlich weniger effizient als Batterien. […] Bis wir aber ein Wasserstoffversorgungssystem aufgebaut oder unsere Gasleitungen umgebaut haben, sind Elektroautos und ihre Infrastruktur noch viel weiterentwickelt. Dieses Rennen kann Wasserstoff nicht gewinnen.»
https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2017/11/elektroautos.html
Bei der EMPA habe ich nichts Verwertbares bzgl. eines Vergleichs zwischen Elektro- und Brennstoffzellenantrieb gefunden.
Aber mit etwas haben Sie recht: Es macht keinen Sinn, mit Fanatikern zu streiten. Wer von uns beiden der Fanatiker ist, kann man herausfinden, indem man überlegt, wer von uns beiden seine Position mit Belegen, Berechnungen und Quellenlinks untermauert und wer von uns beiden unbelegte Behauptungen aufstellt.
Daher beende ich hiermit die Diskussion. Meine Position habe ich ausreichend belegt, Sie die Ihre nicht einmal im Ansatz. Sollten Sie wider Erwarten Ihre Behauptungen mit Quellenlinks untermauern können, dann bin ich gerne bereit, die Diskussion wieder aufzunehmen.
@Daniel Schreiber, ich muss leider feststellen, dass sie behaupten ein Batterieantrieb würde sich besser eignen, schwere Massen zu bewegen wie ein Wasserstoffantrieb. Die Asiaten bauen zur Zeit 1000 Wasserstoffantriebe für Lastwagen in der Schweiz, das sagt doch klar und deutlich, dass der Batterieantrieb für die Bewegung schwerer Lasten schlicht nicht geeignet ist.
Herr Schreiber das können sie alles bei der EMPA und der ETH Zürich nachlesen, es macht keinen Sinn mit Fanatikern zu streiten. Die Zukunft in der Antriebstechnick wird alles klar zu Tage bringen .
Wünsche Ihnen eine gute Zeit .
@Peter Müller: Ja, ich behaupte durchaus, dass Batterieantrieb besser ist als H2-Antrieb, und zwar völlig unabhängig vom Gewicht. Bei Lkw gilt das Gleiche wie beim Pkw: Brennstoffzellenantriebe benötigen die 2- 3-fache (!) Menge an Strom und haben somit wesentlich stärkere Klimaauswirkungen als Batterieantriebe.
Beispiel: Der zukünftige Tesla Semi soll ungefähr einen 1 MWh-Akku haben. Bei ~65 kg CO2/kWh (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119302715) wäre das ein «CO2-Rucksack» von 65 Tonnen. Wenn wir vereinfachend und zugunsten des H2-Lkw annehmen, dass Brennstoffzelle+Drucktanks *keinen* CO2-Rucksack haben, dann muss der E-Lkw also 65 t CO2 «aufholen».
Ein konventioneller 40-Tonner braucht rund 30 l Diesel/100 km, was bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 33 % rund 100 kWh mechanisch pro 100 km entspricht. Das heisst, ein E-Lkw oder ein H2-Lkw hätten mit allen Verlusten einen Verbrauch von rund 110 kWh/100 km ab Batterie bzw. ab Brennstoffzelle.
Der EU-Strommix liegt aktuell bei ~400 g CO2/kWh, somit verursacht der E-Lkw pro 100 km 110*0.4 = 44 kg CO2. Wenn wir zugunsten des H2-Lkw annehmen, dass dieser insgesamt durch die Wirkungsgradkette (Elektrolyse, Kompression, Verteilung, Brennstoffzelle, Pufferbatterie) «nur» den doppelten Stromverbrauch hat, dann wären das 88 kg CO2, bzw. eine Differenz von 88 – 44 = 44 kg CO2/100 km.
Der CO2-Rucksack des E-Lkw ist also nach 65’000 kg / (44 kg/100 km) = ~150’000 km aufgeholt. Das ist bei typischen Lebensfahrleistungen von 500’000 bis 1 mio km bei Lkw ein *Klacks*. Ab 150’000 km Fahrleistung liegt der E-Lkw also vorne. Nach 500’000 km hat der H2-Lkw 54 % mehr CO2 verursacht, und nach 1 mio km sogar 74 % mehr!
Damit wäre trotz einiger dem H2-Lkw schmeichelnden Annahmen (kein CO2-Rucksack des Brennstoffzellensystems, nur 2-facher Stromverbrauch, kein Recycling des Akkus am Ende) klar bewiesen, dass selbst (oder gerade!) bei hohen Gewichten der Batterieantrieb deutlich besser ist als der H2-Antrieb.
Wenn Sie schreiben «Was ich hier behaupte habe ich aus ihrem sehr langatmigen Bericht abgeleitet , das ist meine Analyse zu ihrem Bericht über den Batterieantrieb» dann haben Sie meinen vorherigen Post offenbar nicht gelesen, denn dort habe ich jede einzelne Ihrer ursprünglichen Behauptungen mit dem Inhalt des Strategiepapiers *widerlegt*.
Sollten Sie in Ihrer nächsten Antwort bloss ein weiteres Mal Ihre widerlegten Falschbehauptungen wiederholen, ohne Belege und Quellen dafür zu liefern, dann werde ich das als Faktenresistenz Ihrerseits werten müssen, womit eine weitere Diskussion sinnlos erscheint und ich demnach nicht mehr antworten werde.
@Daniel Schreiber, ich muss leider feststellen, dass sie behaupten ein Batterieantrieb würde sich besser eignen, schwere Massen zu bewegen wie ein Wasserstoffantrieb. Die Asiaten bauen zurZeit 1000 Wasserstoffantriebe für Lastwagen in der Schweiz, das sagt doch klar und deutlich, dass der Batterieantrieb für die Bewegung schwerer Lasten schlicht nicht geeignet ist. Das ist das was ich aus ihrem Kommentar abgeleitet habe -nicht mehr und nicht weniger behaupte ich .
Gerade aus dem Grund darf man die Verbrennungsmotoren nicht abschreiben – ich hoffe sie verstehen was damit gesagt wird , die Batterieantriebe sind leider nur für leichte Massenbewegungen geeignet und wirtschaftlich .
Wir dürfen das eine nicht gegen das andere ausspielen , jede Antriebsform hat ihre Vor- und Nachteile. Was ich hier behaupte habe ich aus ihrem sehr langatmigen Bericht abgeleitet , das ist meine Analyse zu ihrem Bericht über den Batterieantrieb .
@Peter Müller: Ich analysiere Ihre Behauptungen mit Blick auf das Strategiepapier:
1. Im Strategiepapier steht nichts von «Niederenergie» (übrigens ein mir, Google und Wikipedia ziemlich unbekannter Begriff).
2. Es steht nirgends, dass E-Antrieb «von Massen über 100 kg nicht wirtschaftlich und umweltfreundlich» seien.
3. Es steht weder, dass man Benzin-/Dieselverbrauch weiter optimieren soll, noch, dass das «bis auf Weiteres der ideale Antrieb für Massen unter 2000 kg sei». Es wird auch nicht geschrieben, dass es möglich sei, Verbräuche unter «2 l/100 km bei 1000 kg Masse» drücken zu können. Letzteres ist nur schon aus rein physikalischen Gesichtspunkten (Rollwiderstand, Luftwiderstand, Carnot-Wirkungsgrad, Fahrprofile) für halbwegs normale Autos (also keine Sonderformen wie VW XL1 o.Ä.) unmöglich.
4. Es steht nirgends, dass Wasserstoff «wegen seiner sehr hohen Brennstoffdichte» der «Treibstoff der Zukunft» sei. Tatsächlich steht das *exakte* Gegenteil darin, Zitat:
«Eine gasförmige Verteilung von Wasserstoff im Großmaßstab, das heißt für hunderttausende oder gar Millionen von Pkws, ist vollkommen *unmöglich*».
Und weiter:
«Die in technischen Anlagen erreichbare und nutzbare volumetrische Energiedichte von kaltem, flüssigen Wasserstoff, also einschließlich Tanks und Hilfseinrichtungen, ist etwa *halb* so groß wie die von konventionellen Flüssigkraftstoffen (Benzin, Diesel)».
Und zu guter Letzt:
«Batterieelektrische Pkws sind der *einzig* gangbare Weg in eine abgasfreie und CO2-emissionsarme Zukunft der individuellen Mobilität.»
5. Von «neoliberale Machtgefüge» ist ebenfalls nichts zu lesen.
Zusammenfassung: Keine Ihrer fünf Behauptung wird vom Strategiepapier gestützt, wobei das Papier z.T. sogar das exakte Gegenteil propagiert. Ihre Behauptung, das Strategiepapier würde Ihre Behauptungen stützen, ist also eine hundertprozentige Falschaussage. Somit sind Ihre Behauptungen nach wie vor unbelegt.
@Daniel Schreiber, alle meine Ableitungen und Analysen stimmen mit Ihrem LINK http://www.eti.kit.edu/img/content/Strategiepapier%20Elektroautos%20Stand%202019-10%20V1.5.pdf
völlig überein , studieren Sie bitte diesen – Sie werden staunen . Vielen Dank und freundliche Grüsse Peter Müller
@Peter Müller und @Daniel Meewis: Ihre Posts bestehen aus reinen Behauptungen ohne jegliche Belege. Bitte untermauern Sie Ihre Argumente mit Belegen und Quellen – wenn Sie können. Ansonsten lesen Sie bitte den Link, den ich gepostet habe. Dort steht ganz klar, dass mit Wasserstoff die CO2-Neutralität *nicht* möglich bzw. viel zu teuer ist, da pro gefahrenen Kilometer mit dem Brennstoffzellenfahrzeug im Vergleich zum Elektroauto die zwei- bis dreifache (!) Menge an Strom nötig wäre. Ich verstehe nicht, wie man eine solch horrende Energieverschwendung gutheissen kann.
1.) Die Batterietechnologie ist einzig für Niederenergie – Anwendungen sinnvoll . Für Antriebe von Massen über 100kg nicht wirtschaftlich und umweltfreundlich.
2.) Die Wasserstoffantriebe sind weiter in der Entwicklung voran zu treiben , denn sie eignen sich hervorragend wegen der hohen Energiedichte für die Bewegung von grossen Massen über 1000kg.
3.) Der Rohölantrieb mit Diesel und Benzin ist weiter im Verbrauch zu optimieren ( max.2l/100km bei 1000kg Masse ) und ist bis auf Weiteres der ideale Antrieb für Fahrzeuge bis 2000kg Masse .
4.) Wegen der sehr hohen Brennstoffdichte von Wasserstoff ist dies der Treibstoff der Zukunft .
5.) Solange das Neoliberale Machtgefüge das Sagen hat, wird es keine weltweite Zusammenarbeit der Forschung geben weil jeder dort agierende Machtapparat versucht, den anderen oft besseren Weg zu verhindern . Auf diese Weise werden ungeheure Ressourcen vergeudet und Doppelspurige Wege gegangen .
Also ist Wasserstoff die Energie die sauber ist und mit sauberem Strom hergestellt völlig CO2 neutral funktioniert.
Also könnte eine befahrene Strasse in der wüste , durch Wasserstoff Autos plötzlich ein bewachsener grüner streifen.
Also bis die Batterie aus organischen Material gemacht wird kann man getrost auf Wasserstoff setzen.
Wie Japan auch bei Heizung unsw.
Jules verne vor hundert Jahren wusste schon Wasserstoff ist der Treibstoff der Zukunft.
H2-Hybrid im Pkw? Niemals – es sei denn, man will auf noch mehr Kofferaumvolumen verzichten, als man es im reinen H2-Auto heute schon tut, weil zusätzlich noch eine grosse Batterie dazu kommt. Der Brennstoffzellen-Kram (Drucktank, Brennstoffzelle etc.) ist riesig, einfach mal nach «Chassis Mirai» googlen.
Hier die Erklärung, warum H2 im Pkw keine Chance haben wird:
http://www.eti.kit.edu/img/content/Strategiepapier%20Elektroautos%20Stand%202019-10%20V1.5.pdf
In der Diskussion betr. alternative Treibstoffe fehlt mir Methanol. Es wäre möglich diesen künstlich herzustellen, auch Lagerung und Transport wären deutlich einfacher als bei Wasserstoff. Dazu könnte man bestehende Infrastrukturen weiter benutzen. Methanol würde sich auch sehr gut als Energiespeicher eignen.