Wasserstoffantrieb

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Ein Wasserstoffantrieb nutzt Wasserstoff als Treibstoff oder Kraftstoff. Im Wesentlichen lassen sich folgende Konzepte unterscheiden:

Energieträger Wasserstoff[Bearbeiten]

Treibstoff und Abgase[Bearbeiten]

Der als Treibstoff dienende Wasserstoff ist keine Primärenergie, sondern muss analog zur Stromerzeugung, aus Primärenergie hergestellt werden. Zu seiner Herstellung ist Energie erforderlich. Diese wird bei der chemischen Reaktion in einem Wasserstoffverbrennungsmotor oder in der Brennstoffzelle teilweise wieder freigesetzt. Wasserstoffgas enthält aufgrund seiner geringen Dichte massebezogen mehr Energie pro Gewichtseinheit als jeder andere chemische Brennstoff. Allerdings ist die Energiedichte volumenbezogen sehr gering. Daher muss Wasserstoff als Treibstoff entweder stark komprimiert (bis etwa 700 bar) oder verflüssigt (-253 °C) werden. Beides ist mit zusätzlichem Energieeinsatz verbunden.

Die Abgase einer Brennstoffzelle bestehen aus reinem Wasserdampf.

Bei der Verbrennung von Wasserstoff in Verbindung mit Luft (in einer Gasturbine) enthalten die Abgase zusätzlich Stickoxide, die bei den hohen Temperaturen im Brennraum aus dem Luftstickstoff entstehen. Bei hohem Luftüberschuss (λ>>1) entstehen weniger Stickoxide, allerdings sinkt dann auch der Wirkungsgrad. Bei Kolbenmotoren gelangen weiterhin Spuren von CO und CH in das Abgas. Sie stammen vom Schmieröl zwischen Zylinderwand und Kolben und von der Kurbelgehäuseentlüftung.

Wasserstofferzeugung[Bearbeiten]

Hauptartikel: Wasserstoffherstellung

Die wesentlichen Verfahren zur Wasserstofferzeugung sind

  1. Die thermochemische Konversion kohlenstoffhaltiger Energiequellen (in der Regel Fossile Energieträger) bei Temperaturen von 300–1000 °C. Das älteste Verfahren dieser Art ist die Dampfreformierung mit einem Marktanteil von etwa 90 %. Mit diesem Verfahren wurde früher aus Kohle und Wasserdampf das Stadtgas (Synthesegas) hergestellt, das ca. 60 % Wasserstoff enthielt. Durch weitere Prozessschritte kann nahezu der gesamte Energieinhalt der Energiequelle an Wasserstoff gebunden werden. Nachteilig dabei ist das entstehende klimaschädliche Gas CO2. Es gibt auch Technologien, Wasserstoff klimaneutral aus Biomasse herzustellen. Eine erste kommerzielle Anlage[1], der Blaue Turm Herten, wurde wegen Insolvenz der Solar Millennium AG nicht vollendet[2].
  2. Wasserstoff fällt als Nebenprodukt bei einer Reihe chemischer Prozesse (z.B. Chlor-Alkali-Elektrolyse) an. Die Mengen sind erheblich, werden jedoch meist weiterverwendet. Allein der in der Region Köln als Nebenprodukt anfallende Wasserstoff würde ausreichen, um 40.000 Pkw dauerhaft zu betreiben (Stand 2010).[3]
  3. Noch vergleichsweise selten wird Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Hier werden inzwischen Wirkungsgrade von 70–80 % erreicht (siehe auch Technische Wasserelektrolyse). Es gibt aktuell Projekte, bei denen der Elektrolyseur direkt durch Windkraftanlagen versorgt wird.[4] Windenergieanlagen werden jetzt an windreichen Tagen mit geringer Stromnachfrage vom Netz genommen; sie könnten stattdessen dann zur Elektrolyse für die Wasserstofferzeugung dienen.[5] Problematisch ist dabei neben der notwendigen Energiemenge auch die Bereitstellung des benötigten Wassers: „Um alle Flugzeuge, die auf dem Frankfurter Flughafen tanken, mit Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser zu versorgen, wäre die Energie von 25 Großkraftwerken nötig. Gleichzeitig würde sich so der Wasserverbrauch von Frankfurt verdoppeln.[6]
  4. Versuche, Wasserstoff in einem Wasserstoffbioreaktor mit Algen über eine Variante der Photosynthese herzustellen, befinden sich derzeit noch im Forschungsstadium.[7]

Wasserstoffspeicherung[Bearbeiten]

Hauptartikel: Wasserstoffspeicherung
Tank von Linde für Flüssigwasserstoff, Museum Autovision, Altlußheim

Die technischen Probleme bei der Speicherung von Wasserstoff gelten heute als gelöst. Verfahren wie Druck- und Flüssigwasserstoffspeicherung und die Speicherung in Metallhydriden befinden sich im kommerziellen Einsatz. Daneben existieren weitere Verfahren wie die Speicherung in Nanoröhren oder als chemische Verbindung (N-Ethylcarbazol), die sich noch im Stadium der Entwicklung oder in der Grundlagenforschung befinden.

Wasserstofftankstelle[Bearbeiten]

Hauptartikel: Wasserstofftankstelle

Als Voraussetzung für die breite Anwendung von Wasserstoffantrieben gilt die Herstellung der Versorgungsinfrastruktur. Um in Deutschland ein flächendeckendes Netz zu erhalten, sind ca. 1000 Wasserstofftankstellen erforderlich.

Weltweit existierten 2011 ca. 200 Wasserstofftankstellen. In Deutschland sind es ca. 30, davon werden nur 7 öffentlich betrieben. Der Daimler Konzern wird in Zusammenarbeit mit der Linde AG weitere 20 Wasserstofftankstellen bauen, um zunächst durchgängige Verbindungen auf der Nord-Süd- und der Ost-West-Achse zu gewährleisten.[8]Siehe auch : Hydrogen highway

Eine Wasserstofftankstelle kostet ca. 1 bis 1,5 Mio. Euro.[9]

Anwendung[Bearbeiten]

Raketenantriebe[Bearbeiten]

Raketenantrieb mit Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch

Wasserstoff/Sauerstoff-Gemische werden als Treibstoff von Raketentriebwerken verwendet, so z.B. in den Saturn-Raketen. Die Außentanks des Space Shuttle waren im Gegensatz zu den Rocket Boostern mit flüssigem Wasserstoff (−253 °C) und flüssigem Sauerstoff (−190 °C) gefüllt. Im Außentank war ein größerer Wasserstofftank im unteren Teil sowie ein kleinerer Sauerstofftank im oberen Teil. An der Außenseite des Tanks verliefen Leitungen, die den Wasserstoff und den Sauerstoff in den Orbiter leiteten, wo die Flüssigkeiten dann in den Haupttriebwerken des Shuttles verbrannt wurden. Der Wasserstofftank bestand aus verstärktem Aluminium.

Schiffsantriebe[Bearbeiten]

Überwasserschiffe[Bearbeiten]

Auf der Hamburger Alster verkehrt seit 2007 ein Fahrgastschiff für 100 Passagiere, das durch Strom (ca. 100 kW) aus Brennstoffzellen angetrieben wird. Die Kosten der Brennstoffzellen betrugen 3 Mio. Euro, das komplette Schiff kostete 5 Mio. Euro. Es wurde im Rahmen des Projektes Zemships entwickelt.

Wasserstoffbetriebene Hochseeschiffe befinden sich verschiedentlich in der Erprobung. Die norwegische Viking Lady ist ein Versorgungsschiff, dass 2009 zusätzlich zum dieselelektrischen Antrieb mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet wurde.

U-Boote[Bearbeiten]

U-Boot Klasse 212 A mit Wasserstoffantrieb

In U-Booten werden beispielsweise in der U-Boot-Klasse 212 A oder in den neueren Booten der Dolphin-Klasse Brennstoffzellen-Antriebe eingesetzt. Die neun wassergekühlten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellenmodule leisten insgesamt 306 kW. Sie werden mit Sauerstoff aus Drucktanks und Wasserstoff aus Metallhydridspeichern versorgt. Das anfallende Wasser wird als Brauchwasser genutzt. Das aus den Brennstoffzellen kommende Kühlwasser erwärmt den Metallhydridspeicher, um den Wasserstoff auszutreiben.

Das DeepC (in englischer Aussprache: Tiefsee) ist ein wasserstoffbetriebenes, unbemanntes Unterwasserfahrzeug. Es wurde 2004 in Betrieb genommen. Inzwischen ist das Projekt beendet.

Flugzeugantriebe[Bearbeiten]

Hauptartikel: Wasserstoffflugzeug

Fahrzeugantriebe[Bearbeiten]

Verbrennungsmotor[Bearbeiten]

Mazda verleast seit März 2006 den Wasserstoff RX-8 und ist somit der erste Autohersteller, der ein Fahrzeug mit Wasserstoffverbrennungsmotor anbietet. [10][11]

BMW ist der zweite Hersteller, der einen Wasserstoffverbrennungsmotor für PKWs zur Serienreife gebracht hat. Der Motor kann sowohl mit Wasserstoff als auch mit Benzin betrieben werden. [12] BMW hat auf der Auto-Show 2006 in Los Angeles das ab November 2007 erhältliche Modell 760h „Hydrogen 7“ vorgestellt. Es basiert auf dem 760i der BMW-7er-Reihe und kann von BMW geleast werden (ein Verkauf ist derzeit nicht vorgesehen). Der herkömmliche 12-Zylinder Verbrennungsmotor der 7er Reihe wurde dabei für die Verbrennung von Wasserstoff und Benzin modifiziert. Die Speicherung erfolgt als Flüssigwasserstoff. Für die Wasserstoffverflüssigung (−253 °C) wird allerdings sehr viel Energie benötigt. Außerdem verflüchtigt sich durch unvermeidbare Isolationsverluste ein Teil des Wasserstoffes bei der Lagerung, wenn kein kontinuierlicher Verbrauch gesichert ist. So beginnt die Ausgasung beim BMW Hydogen7 nach 17 Stunden Standzeit, nach 9 Tagen ist ein halbvoller Tank verdampft[13].

In Berlin waren zur Fußball-Weltmeisterschaft 2006 zwei Busse mit Wasserstoffverbrennungsmotor im Dauereinsatz[14]. Sie legten dort 8.500 Kilometer zurück und hatten im Lauf des Jahres 2006 in Berlin-Spandau den Linienbetrieb aufgenommen. 2009 teilte der Hersteller MAN mit, wegen vermehrter Defekte das Projekt aufzugeben[15].

Das österreichische Hydrogen Center Austria stellte Ende 2009 unter dem Namen HyCar1 ein Konzeptfahrzeug mit Verbrennungsmotor vor, welches multivalent sowohl mit Benzin, Wasserstoff, Erdgas oder Gasgemischen betrieben werden kann[16].

BMW hat Ende 2009 bekanntgegeben,[17] dass die Weiterentwicklung von Wasserstoffverbrennungsmotoren eingestellt wird. Der Feldversuch mit Luxuslimousinen, die mit Wasserstoff betrieben werden, wird nicht weitergeführt. „Es wird vorerst keine neue Wasserstoff-Testflotte geben“, sagte der BMW-Entwicklungsvorstand im Dezember 2009. 2010 wurde von BMW der 1er mit Brennstoffzellenantrieb vorgestellt.[18]

HCNG (oder H2CNG) ist eine Mischung aus komprimiertem Erdgas (CNG) und Wasserstoff. Der Wasserstoffanteil liegt bei bis zu 50 Volumenprozent. Dieser Treibstoff kann prinzipiell mit jedem Erdgasmotor verbrannt werden und verringert den Aufwand für konstruktive Änderungen herkömmlicher Verbrennungsmotoren.

Fahrzeuge mit Brennstoffzellen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Brennstoffzellenfahrzeug
Brennstoffzellen-Pkw[Bearbeiten]

Schon um 1995 beschäftigten sich Autobauer intensiv mit Brennstoffzellen-Pkw. Daimler-Benz stellte mit dem Necar II (New Electric Car) ein Forschungsfahrzeug vor und rühmte es als das "mit Abstand umweltfreundlichstes Auto der Welt"[19] Wird dem gegenüber auch die Herstellung des Wasserstoffs als Vorkette bis zur Betankung (Well-to-Tank) in die Betrachtung einbezogen (Well-to-Wheel-Betrachtung) , verschlechtert sich dessen Ökobilanz drastisch[20], wird es gar als "Eines der klimafeindlichsten Autos überhaupt"[21] bezeichnet.

Die in der Schweiz ansässige Firma ESORO stellte 2008 unter dem Namen „HyCar“ ein Konzeptfahrzeug vor[22].

Mercedes-Benz F-Cell

Die Fahrzeughersteller Toyota, Nissan und Honda haben angegeben, die Produktionskosten für wasserstoffgetriebene Fahrzeuge inzwischen stark reduziert zu haben. Es sei beabsichtigt, in Japan ab 2015 Großserien zu fertigen und zahlreiche Wasserstofftankstellen in den japanischen Metropolregionen zu errichten.[23]

Daimler wollte 2014 mit der Großserienfertigung von Wasserstofffahrzeugen beginnen.[24] Um die Alltagstauglichkeit des Wasserstoffantriebes nachzuweisen, startete Daimler eine Weltumrundung mit mehreren Brennstoffzellenfahrzeugen der Mercedes-Benz B-Klasse. Bereits 200 Serienfahrzeuge dieses Typs wurden 2010 auf Leasingbasis an Kunden ausgeliefert.[25] Ende 2012 wurde bekannt, dass sich die Serienproduktion bezahlbarer BSZ-PKW bei Daimler um mehrere Jahre verschiebt[26].

Opel hatte im April 2011 angekündigt, ab 2015 erste Serienmodelle mit Brennstoffzellenantrieb in Serie zu fertigen und den Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur für Wasserstofftankstellen parallel zur Markteinführung voranzutreiben. Im Zusammenhang mit dem Kernkraftausstieg würde erwogen, überschüssige Energie aus Wind- und Solarkraftwerken zur ökologischen Wasserstofferzeugung zu verwenden. Ein erstes Pilotprojekt sei mit dem Windkrafterzeuger Enertrag geplant.[27] Ende 2012 wurde bekannt, dass die Brennstoffzellenentwicklung bei OPEL aufgegeben wurde.[28]

Brennstoffzellen-Busse[Bearbeiten]
Mercedes-Benz O 530 Citaro BZ mit Brennstoffzellenantrieb in Brünn, Tschechien

Eine Kleinserie wasserstoffbetriebener Stadtbusse wurde vom Daimler-Tochterunternehmen EvoBus gebaut und zur weltweiten Erprobung in Großstädten zur Verfügung gestellt. Da es sich hierbei um Stadtbusse handelt, entfällt das Problem des fehlenden Tankstellennetzes. In der Stadt ist nur eine Tankstelle auf dem Betriebshof des Busbetreibers nötig. 2004 wurden wasserstoffgetriebene Busse in einem gemeinsamen Projekt von DaimlerChrysler, Shell und dem isländischen Umweltministerium in Reykjavík erprobt.

In Hamburg sind seit 2004 drei durch Brennstoffzellen und Elektromotoren angetriebene Busse in der praktischen Erprobung, sechs weitere seit April 2006. Das Projekt der Hamburger Hochbahn AG und Vattenfall Europe heißt HH2. Allerdings ist der Gesamtwirkungsgrad (Well-to-Wheel) der mit Wasserstoff aus ÖkoStrom betriebenen Fahrzeuge umstritten, da zur Wasserstoffherstellung und Speicherung enorme Strommengen benötigt werden. Der Energieverbrauch der Wasserstoffbusse entsprach daher etwa einem Dieselverbrauch von 100 Liter auf 100 Kilometer[29]. Diese zweite weiterentwickelte Generation[30] war bis 2010 im Einsatz. Seit 2011 kommt die dritte, deutlich verbesserte Version zum Einsatz[31]. Es handelt sich um serielle Hybridbusse, deren Brennstoffzelle mit bis zu 60 % Wirkungsgrad arbeitet und die den Strom in Lithium-Ionen-Batterien speichert. Dadurch sind rein elektrisches Fahren und Rekuperation möglich. Die zwei Radnabenmotoren besitzen je 60 kW Dauerleistung und können kurzzeitig bis 240 kW leisten[32] Der Wasserstoffverbrauch konnte um bis zu 50 % verringert werden, so dass sich der Gesamtwirkungsgrad deutlich verbesserte[33][34].

Brennstoffzellen-Schienenfahrzeuge[Bearbeiten]
Hauptartikel: Hydrail
Brennstoffzellen-Zweiräder[Bearbeiten]

Mit Brennstoffzellen angetriebene Fahrräder und Motorroller befinden sich derzeit in der Entwicklungsphase. Als erstes Brennstoffzellen-Zweirad überhaupt erhielt der Suzuki Burgman Fuell-Cell-Scooter 2011 die EU-Typgenehmigung zur Straßenzulassung. Nun soll der Roller in England auf seine Alltagstauglichkeit hin getestet werden. Herzstück des Fahrzeugs ist eine luftgekühlte Brennstoffzelle sowie ein in den Rahmen integrierter Wasserstofftank.[35]

Wirtschaftlichkeit[Bearbeiten]

Wirtschaftlichkeit ist ein Maß für den finanziellen Ertrag im Verhältnis zum finanziellen Aufwand. Ein Vorhaben oder Produkt ist wirtschaftlich, wenn der Ertrag größer ist als der Aufwand und größer als der Ertrag von konkurrierenden Vorhaben oder Produkten. In einer Marktwirtschaft besteht für jeden Teilnehmer (Unternehmen, Verbraucher) grundsätzlich der Zwang zum wirtschaftlichen Handeln, um zu bestehen. Jede Antriebstechnologie, auch der Wasserstoffantrieb, wird sich in einer Marktwirtschaft nur dann durchsetzen, wenn sie für den Verbraucher wirtschaftlich ist.

Antriebe, die fossile Treibstoffe nutzen, sind im Jahr 2011 im Gegensatz zu den Wasserstoffantrieben wegen der noch günstigen Preise für die fossilen Primärenergien unbestritten wirtschaftlich. Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wird vom Verbraucher nur genutzt, wenn er für eine Übergangszeit durch staatliche Maßnahmen wirtschaftlich gemacht wird (Förderung der erneuerbaren Energien/Besteuerung der fossilen Energien).

Die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff ist von mehreren Faktoren abhängig (siehe Tabelle). Einer der bestimmenden Parameter ist der Preis der fossilen Primärenergieträger. Erst wenn das Fördermaximum der fossilen Energieträger überschritten ist und durch die zunehmende Erschöpfung deren Preis ansteigt, kommen erneuerbare Energien und damit auch klimaneutral gewonnener Wasserstoff in den Bereich der Wirtschaftlichkeit. Als Vergleichswert dient unter Anderem der Ölpreis. Der liegt im Jahr 2011 um die 100 US-Dollar/Barrel.[36]

In einer Studie der DENA, die im Auftrag des Bundesverkehrsministeriums im Jahr 2009 durchgeführt wurde, sind Preise zwischen 85 $/Barrel und 130 $/Barrel als Gewinnschwelle zur Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellenfahrzeugen genannt, sofern die Preise für ein Brennstoffzellenfahrzeug im Bereich eines Dieselfahrzeugs liegen.[37] Nach der Einschätzung namhafter Automobilhersteller sollte dies etwa ab 2014 erreicht sein.[38] Allerdings wird der Serienstart der Brennstoffzellenfahrzeuge auch von führenden Autoherstellern immer wieder verschoben.[39]

Faktoren, die die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff erhöhen Faktoren, die die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff verringern
Die Ressourcenverknappung der fossilen Primärenergien führen zu Preissteigerungen. Damit wird die Preisdifferenz im Vergleich zum Wasserstoffpreis verringert oder kompensiert. Neue Technologien erfordern zunächst hohe Investitionen, z.B. für den Ausbau der Infrastruktur.
Das Potential der Effizienzsteigerung der Wasserstofftechnologien ist 2011 noch nicht ausgeschöpft. Bei den Technologien zur Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff, besonders aber bei der Brennstoffzellentechnik sind Kostensenkungen und Effizienzsteigerungen zu erwarten. Das Potential der Effizienzsteigerung der konventionellen fossilen Technologie ist 2011 noch nicht ausgeschöpft. Effizienzsteigerungen sind vor allen bei der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren und bei Hybridantrieben zu erwarten.
Das Klimaschutzziel der Bundesregierung (80-prozentige Reduktion der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2050) bedingt hohe Investitionen zur Vermeidung klimaschädlicher Abgase, was die Energieeffizienz senkt und die Kosten erhöht. Damit wird die Wirtschaftlichkeit von klimaneutral erzeugtem Wasserstoff erhöht.

Aus dem gleichen Grund werden erneuerbare Energien von der Bundesregierung gefördert, um sie schneller in den Bereich der Wirtschaftlichkeit zu heben.

Die ökologischen und sozialen Folgekosten der Nutzung von fossilen Treibstoffen sind schwer zu quantifizieren und werden in einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung meist nicht der Wirtschaftlichkeit zugeordnet, was die Wirtschaftlichkeit von klimaneutralem Wasserstoff gegenüber fossilen Treibstoffen scheinbar verringert.

Beispiel

Fahrzeug mit Brennstoffzelle Fahrzeug mit Ottomotor
Um mit einem Brennstoffzellenfahrzeug der Mercedes B-Klasse bei einem Verbrauch von 0,97 kg/100 km[40] und einem Preis von 8,099 Euro/kg (bei konventioneller Erzeugung aus fossilen Primärenergien)[41] 100 km weit fahren zu können, zahlt man 7,86 Euro. Um mit einem Fahrzeug der Mercedes-Benz B-Klasse mit Ottomotor bei einem Verbrauch von 7 l/100 km und einem Benzinpreis von 1,579 Euro[41] (E10) 100 km weit fahren zu können, zahlt man 11,05 Euro.

Damit ist das Brennstoffzellenfahrzeug in Bezug auf den Treibstoffverbrauch wirtschaftlicher als das Fahrzeug mit Ottomotor. Dies gilt für die Kraftstoffpreise, die der Kunde an der Tankstelle zu zahlen hat. Anzumerken ist, dass Mineralöl und Wasserstoff steuerlich unterschiedlich behandelt werden. Derzeit wird auf Wasserstoff keine Energiesteuer erhoben.

Ein Problem bei der Wirtschaftlichkeit des Brennstoffzellenantriebes sind die Kosten für den Katalysator. Benötigt ein Katalysator 60 g Platin, so belaufen sich die Kosten auf knapp 2.400 Euro allein für das Platin (zum Vergleich: Der Katalysator eines benzingetriebenen Fahrzeugs benötigt nur ca. 20 g Platin). Mit weniger Platin auskommende Brennstoffzellen befinden sich derzeit in der Entwicklung.[42][43][44]

Unfallrisiko bei Wasserstofffahrzeugen[Bearbeiten]

Siehe auch : Sicherheitshinweise

Mit Wasserstoff betriebene Pkw sind nicht gefährlicher als mit Benzin oder Gas betriebene Fahrzeuge. Wasserstoff ist wegen der geringen Dichte ein sehr flüchtiges Gas. Im Freien verflüchtigt es sich sehr schnell. In geschlossenen Räumen ist für eine ausreichende Belüftung zu sorgen, da es in einem weiten Bereich von 4–75 Vol% entzündlich ist (Benzin: 0,6–8 Vol%)[45]. Sauerstoff/Wasserstoffgemische mit einem Anteil von unter 10,5 Volumenprozent Wasserstoff sind schwerer als Luft und sinken zu Boden. Die Entmischung erfolgt nicht unmittelbar[46], so das bis zur Unterschreitung der 4-Volumenprozent-Grenze die Zündfähigkeit erhalten bleibt. Beim Umgang mit Wasserstoff müssen Sicherheitsvorschriften und Entlüftungsanlagen dieses Verhalten berücksichtigen.

Benzin ist eine Flüssigkeit, die langsam verdampft. Die entzündlichen Benzindämpfe sind schwerer als Luft und verbleiben länger am Boden und der Zeitraum, in dem es sich entzünden kann, ist länger.[45]

Wenn Wasserstoff in geschlossenen Räumen freigesetzt wird, besteht erhöhte Explosionsgefahr, z.B. in Garagen oder Tunneln. Hier ist für eine erhöhte Belüftung und eventuell für zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zu sorgen.

Die Detonationsgrenze von Wasserstoff liegt bei einer Konzentration ab 18 %. Benzin explodiert wesentlich früher, nämlich schon bei einer Konzentration von 1,1 %. Damit es überhaupt zu einer Explosion oder zum Brand kommt, muss in beiden Fällen ein entstandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch erst einmal entzündet werden. Im Fall von Wasserstoff ist dafür eine geringere Energie von 0,02 mJ nötig als bei Benzin (Benzin: 0,24 mJ), in der Praxis spielt das aber keine Rolle, denn bereits die Energie eines elektrischen Funkens reicht aus, um auch Benzindämpfe zu entzünden[45].

Benzin hat eine deutlich geringere Zündtemperatur (220–280 °C) als Wasserstoff (585 °C), so dass es sich leichter an heißen Oberflächen wie dem Auspuffkrümmer oder dem Katalysator entzünden kann[45].

Nach einer Entzündung brennt Wasserstoff mit einer höheren Verbrennungsgeschwindigkeit ab als Benzin. Die Flamme bewegt sich dabei mit geringem Durchmesser steil nach oben[45], wenn sich das Leck an der Tankoberseite befindet.

Eine Wasserstoff-Flamme hat eine geringere Wärmestrahlung als eine Benzinflamme. Neben einer Wasserstoff-Flamme wird es deshalb weniger heiß als neben einer Benzinflamme – der Vorteil ist, dass benachbarte Gegenstände wie z.B. Autositze nicht so leicht Feuer fangen. Auch für Personen, die sich in der Nähe der Flamme aufhalten ist die Gefahr geringer, Verbrennungen zu erleiden. Allerdings ist die Wasserstoff-Flamme kaum sichtbar. Daher besteht die Gefahr, unabsichtlich hineinzugeraten.[45].

Die heute verwendeten Drucktanks halten (im Gegensatz zu Benzintanks) auch schwere Unfälle unbeschadet aus.[47][48][49] Wasserstofffahrzeuge mit Drucktanks können problemlos in Parkhäusern und Tiefgaragen geparkt werden. Es existiert keine gesetzliche Bestimmung, die das einschränkt. Im Gegensatz dazu dürfen Fahrzeuge mit Flüssigwasserstoff nicht in geschlossenen Räumen abgestellt werden, da sich durch das Ausgasen explosive Gasansammlungen bilden können[13]

Ein Beispiel für das Verhalten von Wasserstoff zeigte sich bei mehreren Unfällen von Tankwagen, die mit Flüssigwasserstoff beladen waren. Hier kam es jeweils zur Explosion bzw. zum Abbrennen des Wasserstoffes: Es gab keine oder nur leicht Verletzte, niemand kam bisher ums Leben.[50][51] Eine vergleichbare Explosion von Benzintankwagen führte meistens zu einer Katastrophe mit zahlreichen Opfern, wie z.B. bei dem Tanklastzugunglück von Los Alfaques (217 Tote, 300 Verletzte).

Das Hauptproblem bei der Wasserstofflagerung sind Lecks. Wasserstofftanks und Rohrleitungen müssen aufgrund des gegenüber z.B. Erdgas bzw. Propan/Butan geringeren Moleküldurchmessers wesentlich besser abgedichtet sein. Manche Materialien sind ungeeignet, da sie für Wasserstoff durchlässig sind. Lecks führen nicht nur zu hohen Transportverlusten sondern bilden ein Sicherheitsrisiko, wenn sich Gas ansammelt und sich ein Wasserstoff-Luft-Gemisch bildet. Deshalb sind Wasserstofftanks und Leitungen aus besonderen Kunststoffen, die eine Diffusion weitgehend verhindern.[52] Solche Systeme müssen vom TÜV abgenommen werden.[53] Von Vorteil ist, dass Wasserstoff wegen seiner geringen Dichte nach oben entweicht und sich nicht, im Gegensatz zu Benzindämpfen, Propan oder Butan, in Vertiefungen sammelt.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Der Blaue Turm
  2. WAZ, 4. Mai 2012: Blauer Turm - Land fordert Millionen zurück, aufgerufen 14. August 2012
  3. Neue Wasserstofftankstellen eröffnet (Stand: 12. Mai 2010)
  4. Wasserstoff Hybridkraftwerk Prenzlau (Stand: 18. Januar 2011)
  5. Hybrid-Kraftwerk (PDF; 1,4 MB)
  6. heise.de, 24. Mai 2007: Auf Wiedersehen Wasserstoff, aufgerufen 11. September 2013
  7. Wasserstoff aus Blaualgen (Stand: 16. Dezember 2010)
  8. Daimler und Linde wollen Wasserstofftankstellen bauen (Quelle: Handelsblatt, Stand 1. Juni 2011)
  9. Daimler baut früher Autos mit Brennstoffzellen (Quelle: Südwest Presse, Stand 3. Juni 2011)
  10. Mazda verleast Wasserstoff RX-8 (PDF; 187 kB)
  11. Spiegel, 28. August 2006: Mazda RX-8 Hydrogen RE: Zukunft auf Knopfdruck
  12. Zeitungsbericht über den Hydrogen 7 von BMW.
  13. a b heise online, 22. November 2006Unterwegs im Wasserstoff-7er eingefügt 8. Februar 2012
  14. MAN Truck&Bus, Juni 2006: Erste Wasserstoffbusse von MAN für Berlin, eingefügt 15. Februar 2012
  15. Der Tagesspiegel, 8. März 2009: Versuch mit Wasserstoffbussen verpufft, eingefügt 15. Februar 2012
  16. HyCar 1 - Wasserstofffahrzeug in Österreich (PDF; 141 kB)
  17. Aus für den Wasserstoffantrieb (Stand: 7. Dezember 2009)
  18. Brennstoffzellenfahrzeug der BMW Group auf 1er Basis (Stand 27. März 2010)
  19. Zeit online, 17. Mai 1996: Das gezähmte Knallgas, aufgerufen 25. Juni 2013
  20. Theorie und Praxis Nr. 1, 15. Jg., April 2006: Wasserstoff löst keine Energieprobleme, PDF, aufgerufen 29. September 2014
  21. heise.de, 7. Juli 2014: Eines der klimafeindlichsten Autos überhaupt, aufgerufen 29. September 2014
  22. HyCar - Wasserstoffahrzeug in der Schweiz (PDF; 861 kB)
  23. Massenmarkt für Brennstoffzelle startet in Japan 2015 (Stand 14. Januar 2011)
  24. Daimler und Linde wollen Wasserstoff-Tankstellen bauen (Stand 1. Juni 2011)
  25. Mercedes B-Klasse F-Cell auf Weltreise (Stand 31. Januar 2011)
  26. FAZ, 21. Dezember 2012: Mercedes kann Zeitplan für Brennstoffzelle wohl nicht halten, aufgerufen 25. Juni 2013
  27. Opel setzt auf Elektroantrieb ohne Akku (Stand 12. April 2011)
  28. Motor-Talk, 15. Oktober 2012: Ende der Brennstoffzellen-Entwicklung bei Opel
  29. Hamburger Abendblatt, 10. Februar 2006: Wasserstoffbusse als Stromfresser, eingefügt 7. Februar 2012
  30. hy Solutions 2006: Flotte von 6 Wasserstoffbussen, eingefügt 15. Februar 2012
  31. Hochbahn Hamburg, 13. Februar 2012: Mobilität der Zukunft - Jungfernfahrt, eingefügt 15. Februar 2012
  32. Hochbahn Hamburg: Technische Daten Sauberbus, eingefügt 15. Februar 2012
  33. Rycon Blogbeitrag vom 23. August 2011: Warum der Brennstoffzellenbus kein Wasserstoffbus ist, eingefügt 15. Februar 2012
  34. ATZ online, 19. November 2009: Großversuch in Hamburg - Neuer Brennstoffzellen-Bus von Mercedes verbraucht 50 % weniger Wasserstoff, eingefügt 15. Februar 2012
  35. Suzuki Burgmann Fuell-Cell-Scooter erhält EU-Zlassung (Quelle: Motor-Talk Stand 29. März 2011)
  36. Historische Ölpreise (Abgerufen am 28. Juli 2011 Quelle: Tescon)
  37. Woher kommt der Wasserstoff, S. 43 (Stand: August 2009 Quelle: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena))
  38. Daimler baut ab 2014 Brennstoffzellenautos in Grossserie (Quelle: Heise Stand: 3. Juni 2011)
  39. Schlechte Aussichten für das Brennstoffzellenauto (Quelle: Die Welt, 12. Januar 2014)
  40. Mercedes-Benz baut serienfertigung für Brennstoffzellen (Stand: 21. März 2011 Quelle: Elektrofahrzeug-Institut GmbH)
  41. a b Kraftstoffkostenvergleich (Stand: Mai 2011 Quelle: Auto&Umwelt Autoportal)
  42. Kosten um 80 Prozent reduzieren (Stand: 28. April 2010)
  43. Antrieb für die Zelle (Stand: 21. Juni 2010)
  44. Nicht teurer als ein Diesel-Hybrid (Stand: 24. Januar 2011)
  45. a b c d e f Wasserstoff so sicher wie Benzin (PDF; 704 kB)
  46. ZDF Abenteuer Wissen vom 11. Juli 2007: Dr. Henry Portz, Brandexperten ermitteln rätselhafte Brandursache eingefügt 9. Februar 2012
  47. Spektakulärer Test zeigt: Wasserstoff im Auto muss nicht gefährlicher sein als Benzin
  48. Sicherheitsaspekte bei der Verwendung von Wasserstoff
  49. Video: Chrashversuch der University of Miami
  50. Tankwagenunfall zeigt relative Sicherheit von Wasserstoff Stand: 17. September 2004
  51. Tanklastzug auf A4 explodiert Stand: 2. Dezember 2009
  52. Anforderungen an Kunststoffe für Wasserstoff-Hochdrucktanks Stand: 30. Juni 2002
  53. Hochleistungs-Wasserstofftank erhält TÜV-Zertifikat Stand: 30. Juni 2002