In den letzten Jahren hat das Thema Wasserstoff als alternativer Kraftstoff für Autos stark an Bedeutung gewonnen. Derartige Überlegungen greifen das klassische Verständnis von Antriebskonzepten an – so ebenfalls die Frage: Kann man Wasser tanken und direkt beim Motor einsetzen? Es ist an der Zeit – einige wissenschaftliche Grundlagen und aktuelle Entwicklungen zu beleuchten.
Zunächst einmal zur Elektrolyse. Bei einem Strom von 200 A kann in etwa 16⸴5 Minuten 22⸴4 Liter Wasserstoff produziert werden. Das klingt verlockend. Doch die Realität zeigt sich komplexer. Der Wirkungsgrad der Elektrolyse liegt im Schnitt bei 70 %. Das bedeutet, dass 30 % der Energie verloren gehen die zur Verwendung die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird. Es benötigt also zwischen 4⸴3 und 4⸴9 kWh Stromenergie um einen Kubikmeter Wasserstoff zu erzeugen. Das führt uns zu der Frage: Wie viel Wasserstoff wird benötigt um beispielsweise einen PKW-Motor anzutreiben?
Bei einer typischen Nutzung könnte man annehmen: Dass ein Auto zwischen 15 und 20 Kilowatt benötigt um effizient zu fahren. Das Umrechnen in benötigte Wasserstoffmenge ergibt, dass man mehrere Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde benötigen würde. Vorstellbar wird die unternehmerische Idee eines Wasserstoffautos, das direkt mit Wasser betankt wird – allerdings muss der Motor-Roadmap zufolge berücksichtigt werden ebenso wie und wo die gesamte Energieerzeugung abläuft.
Toyota hat mit dem Model Mirai ein innovatives Konzept entwickelt, das Wasserstoffbrennstoffzellen nutzt. Diese wandeln Wasserstoff in Strom um – und der Elektromotor setzt das Fahrzeug in Bewegung. Dies zeigt: Dass Wasserstoff als Energieträger bereits in einer Art und Weise funktioniert die eine direkte Verbrennung im Motor nicht wirklich erforderlich macht. Der Elektroantrieb hat nachweislich viele Vorteile. Der Wasserstoffmotor bleibt aber nicht auf Frostbedingungen und Brennstoffzellen-Modelle beschränkt; tatsächlich gibt es auch Möglichkeiten, klassische Verbrennungsmotoren für Wasserstoffbetrieb umzubauen.
Jedoch sind die Herausforderungen vielfältig. Die Lagerung und der Transport des Wasserstoffs sind momentan kostspielig und bedürfen enormer Investitionen. Der Einsatz von Wasserstoff erfordert ähnlich wie spezielle Anpassungen der Motoren. Sie müssen beispielsweise Zündzeitpunkt und das Mischverhältnis von Luft und Treibstoff an die neuen Bedingungen anpassen. Studien zeigen, dass der Betrieb großer tuschierter Wasserstoff-Motoren wirtschaftlich umstritten ist.
Ein bemerkenswertes Start-Up in München ist Keyou, das an einer Zukunft des Wasserstoffantriebs arbeitet. Ihre Ingenieure gehen innovative Wege ´ um Wasserstoffmotoren zu ausarbeiten ` die effizienter arbeiten und bereits Zusatzstoffe berücksichtigen. Aber – woher die Energie kommen soll? Ohne die Vorarbeiten und Aufklärung wie Wasserstoff tatsächlich funktioniert und mobil zum Einsatz kommen kann, wird es schwer, den Übergang zu schaffen.
Zusammenfassend sei gesagt: Die gesamte Verantwortlichkeit und Notwendigkeit einer umfassenden Energieumwandlung beim Elektrolyse-Vorgang bestehen bleibt. Der Gedanke eines Autos, das mit Wasser betankt wird und direkt bewegt, bleibt eine schöne Utopie – tatsächlich bleibt der technologische Fortschritt im Wasserstoffbereich noch in der Versuchsphase. Die aktuellen Fortschritte zeigen allerdings ´ dass es Witterungsbedingte ` wirtschaftliche und physikalische Grenzen gibt. Investitionen in die Forschung werden nötig sein um neue Wege zu finden, direkt aus Wasser notfalls auch Energie zu gewinnen die schließlich in Bewegung umgewandelt werden kann.
Die Zukunft des Wasserstoffantriebs: Ist es möglich, ein Auto mit Wasser zu betanken?
Wie funktioniert die Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung, und welche Herausforderungen bietet die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff für Automobile?