Alternative Antriebe

Das Image des Dieselmotors ist schwer angeknackst, das Verbrennen von fossilen Energieträgern gilt als ein entscheidender Grund für den Klimawandel. Doch was wird uns künftig antreiben? Wasserstoff? Neue Akkus? Oder kommt ein ganz neuer Treibstoff? Wir wagen den Blick in die Zukunft der Mobilität.

Foto: ©BMW AG/Daniel Kraus

Reden wir erst gar nicht lange um den heißen Brei herum. Wasserstoff gilt für viele als der Treibstoff der Zukunft. Und das tut er schon erstaunlich lang. Seit 1807 um genau zu sein. Damals erhielt François Isaac de Rivaz sein Patent auf seinen explosionsartigen Verbrennungsmotor. Schon drei Jahre zuvor begann der Schweizer an der Arbeit des Motors – inspiriert von einer Pistole. 1806 lief der Zweitakter erstmals, angetrieben von einem Gemisch aus Steinkohlegas und Wasserstoff. Ein kleiner Ballon diente als Tank, der für 25 Zündungen reichte, die einzeln von Hand ausgelöst werden mussten. Doch das genügte, dass er 1813 das erste Mal mit einem Wagen, mit vier Personen drauf und 700 Kilogramm Last, mit der Geschwindigkeit von drei km/h eine Strecke von 26 Metern zurücklegen konnte.

Noch einmal: 1806 lief der erste Wasserstoffmotor. Die ersten Elektroautos folgten erst ganze 20 Jahre später. Und es kommt noch dicker: Der „Benz Patent-Motorwagen Nummer 1“, das erste moderne Automobil mit Verbrennungsmotor – und das hatte nur drei Räder –, rollte 1886 erstmals selbständig durch Mannheim. Da liegen ganze 80 Jahre dazwischen. Und nun schwört man sich wieder auf das leichte Gas ein.

Das hat auch gute Gründe. Wasserstoff verbrennt – oder sagen wir lieber oxidiert –, ohne dass Schadstoffe anfallen, zu harmlosem Wasser und gibt dabei jede Menge Energie frei. Darum ließ die Faszination am Wasserstoff auch nie ganz nach. BMW war besonders hartnäckig an der Technologie dran. 1979 baute man mit dem 520h den ersten Wasserstoff-Prototypen. In den 1980er-Jahren durfte die 7er-Serie als Experimentträger herhalten. Ganz eng verbandelt mit der Entwicklung bei BMW war man übrigens in der Steiermark. So steht heute einer von vier BMW Hydrogen 7 im Puch-Museum in Graz.

Damals verbrannte man den Wasserstoff in einem mehr oder weniger einfach umgebauten Benzinmotor, der dann statt 445 PS nur noch 260 PS leistete. Mit den acht Kilogramm Wasserstoff kam die letzte Ausbaustufe dieser Technologie, der Hydrogen 7, 2006 ganze 200 Kilometer weit. Das entspricht – wenn man die Herstellung und Komprimierung des Wasserstoffes einrechnet – einem Benzinäquivalent von weit über 13 Liter pro 100 Kilometer. Heute geht man mit dem Wasserstoff deutlich sparsamer um und verbrennt ihn nicht mehr in einem Kolbenmotor, sondern, wie schon angedeutet, oxidiert ihn mit einer Brennstoffzelle und erzeugt so aus dem Wasserstoff elektrischen Strom, mit dem man E-Motoren antreibt.

Wasserstoff heute und morgen

Fast jeder namhafte Autobauer hat sich bis heute an irgendeiner Methode, den Wasserstoff zum Vortrieb zu nutzen, versucht. Neben BMW waren das etwa Volkswagen, Ford, Peugeot, Nissan, General Motors und auch Daimler. Zur Marktreife und zum Serienauto haben es Toyota mit dem Mirai, Hyundai einst mit dem ix35, jetzt mit dem Nexo und Honda mit dem Clarity geschafft – wobei nicht alle dieser Fahrzeuge in Österreich erhältlich sind. Mercedes-Benz hat mit dem GLC F-Cell ebenfalls ein Wasserstoffauto in Entwicklung, das demnächst auf den Markt kommen soll. Und BMW steht ebenfalls kurz vor der Marktreife.

2019 wurden in Österreich 19 Wasserstofffahrzeuge neu zugelassen, 2018 waren es sieben Stück, gleich viele wie heuer von Jänner bis April. Im Vergleich dazu wurden heuer bis April insgesamt 112.806 Pkw neu zugelassen. Aber nehmen wir, wegen der Corona-Krise und den damit verbundenen Schließungen lieber die 2019er-Zahlen: Da stehen die 19 Wasserstoffautos 341.068 neu zugelassenen Pkw gegenüber – oder 9.242 rein elektrisch angetriebenen Autos und 12.348 Hybriden. Von einem neuen Hype zu sprechen, wäre also zu früh.

Es gibt eben gute Gründe, warum sich Wasserstoffautos nicht so gut verkaufen. Die Auswahl ist mehr als nur überschaubar, die Autos sind teuer, und die Tankinfrastruktur ist auf eine größere Flotte schlicht nicht ausgelegt. Das sind zumindest die Gründe, die potenziellen Kunden auf die Schnelle einfallen könnten. Es gibt aber noch weitere gute Gründe, warum der Wasserstoff als Treibstoff in einem Pkw nicht die optimale Lösung ist.

In erster Linie wollen wir ja von fossilen Energieträgern weg. Und das geht mit Wasserstoff in Österreich nur sehr schwer, denn dieser wird nicht, wie man es sich so schön vorstellt, aus überschüssiger Solar- und Windenergie, sondern fast ausschließlich bei der OMV über Dampfreformation aus Erdgas, also einem fossilen Energieträger, gewonnen. Was noch erschwerend dazu kommt: Der Wirkungsgrad eines Wasserstoffantriebs ist denkbar schlecht – vor allem im direkten Vergleich mit einem rein akkubasierten E-Antrieb. Und selbst das Argument der schweren und wenig umweltverträglichen Erzeugung der Batterien greift zu kurz. Denn zum einen ist eine Brennstoffzelle selbst ein ziemlich schwerer Brocken, und die Akkus braucht man auch bei einem Brennstoffzellenantrieb – quasi als Puffer, weil die Brennstoffzelle etwa bei Volllast nicht so rasch die entsprechende Energiemenge bereitstellen kann.

Die Pufferbatterie ist dabei mitunter so groß, dass man allein mit der darin gespeicherten Energie, wie im GLC Fuel Cell, einen Weg von bis zu 50 Kilometer zurücklegen kann. Da war es dann nur logisch, die Batterie, wie bei einem herkömmlichen Plug-in-Hybriden, auch gleich über das Stromnetz laden zu können.

H2 nicht nur für Pkw

Und doch ist es noch nicht an der Zeit, alle Hoffnung für den Wasserstoff fahren zu lassen. Es gibt sie nämlich, die zukunftweisenden Projekte mit Wasserstoff. Denken wir nur an das Burgenland. Da wird mit Windenergie mehr Strom erzeugt, als das Land selbst braucht. Also machte man sich Gedanken, wie man den überschüssigen Strom sinnvoll nutzen könnte, und kam im Frühjahr auf die Idee, ein Projekt zu starten. Mit dem überschüssigen Windstrom will man durch Elektrolyse Wasserstoff herstellen. Damit kann man effizient Energie speichern. Etwa für eine Busflotte. Ab Herbst 2021 könnten 14 Wasserstoffbusse zwischen Neusiedl und Eisenstadt den Betrieb aufnehmen, berechnete man, und sogar eine Ausweitung des Netzes bis 2024 war schon projektiert.

Die ÖBB hatten Wasserstoffbusse schon 2018 und 2019 im Probebetrieb. Doch noch lange bevor Corona das Land lahmlegte, waren alle Projekte längst eingestellt oder auf Eis gelegt. Die Busse und die Infrastruktur sind dafür einfach zu teuer. Allein die Wiener Linien starten wieder ein neues Projekt. Ab 4. Juni testen sie einen Wasserstoffbus auf der Linie 39A. Ganz einfach wird die Realisierung aber nicht. Mit einfachen Wasserstofftankstellen ist es bei einer Busflotte nämlich nicht getan. 600 Liter Wasserstoff, komprimiert auf 350 bar, fasst etwa der Brennstoffzellenbus Sora von Toyota. Will man mehrere Busse mit dieser Menge betanken, kann man sich die Tankzugkolonnen schon vorstellen. Das schnelle Tanken könnte auch ein Problem sein, denn der Wasserstoff muss erst auf den hohen Druck komprimiert werden. Pkw tanken gar mit 700 bar, doch das ist ein weniger großes Problem, weil ja dort ja nur an die zehn Kilogramm Wasserstoff getankt werden.

Ein ähnliches Tankproblem wie bei den Bussen muss man auch bei Lkw befürchten, sollten diese in großen Stückzahlen mit Wasserstoff betrieben werden. Doch das ist eine der anscheinend realis­tischsten Visionen, Wasserstoff sinnvoll für die Mobilität zu nutzen. Busse kommen ganz gut mit Akkus aus, zeigt sich in der Praxis, wenn man sie im Nahverkehr und als Zubringer zum Zug nutzt, der dann den Personenfernverkehr übernimmt. 

Und auch bei den Zügen scheint Wasserstoff als Antrieb eine Chance zu haben. Die ersten Brennstoffzellenloks ersetzen bereits Dieselloks auf nicht elekt­rifizierten Streckenabschnitten. Zwischen Bremerhaven und Cuxhaven sind entsprechende Tests höchst erfolgreich verlaufen. Die ÖBB haben aber auch auf diesem Gebiet auf Akkus gesetzt und sind mit dem Cityjet Eco schon im Probe- und Fahrgastbetrieb unterwegs. Der Cityjet Eco hängt auf elektrifizierten Abschnitten ganz normal an der Oberleitung und gibt es diese nicht, zieht er seine Energie aus den im Zug verbauten Akkus.

Wasserstoffantriebe gibt es inzwischen aber nicht nur in Pkw, Lkw, Bussen und Zügen, sondern auch Hubstapler fahren inzwischen mit Wasserstoff, Drohnen fliegen damit und sogar Schiffe überlegt man damit anzutreiben. AIDA hatte als erste Reederei ein Kreuzfahrtschiff mit Flüssigerdgasantrieb im Einsatz und denkt nun auch Brennstoffzellen an.

Projekte gibt es also zuhauf, doch die meisten von ihnen schlafen schneller wieder ein, als dass sie den Sprung in den Alltag schaffen. Und wieder scheint das an den Kosten zu hängen. Denn schaut man sich die einzelnen Arbeiten an, dann bekommt man den Verdacht, dass die aus dem Boden schießen wie die Schwammerl, sobald es Förderungen dafür gibt – sind die aufgebraucht, wird es auch um den Wasserstoff wieder ruhig.

Eine sinnvolle Anwendung abseits der Mobilität tut sich für regenerativ erzeugten Wasserstoff noch auf. Man kann ihn einfach ins Erdgasnetz leiten und hervorragend damit heizen. Diese Pilotprojekte, wie etwa eines in der Steiermark, laufen schon länger und ohne großes öffentliches Aufsehen, aber um den Gewinn der Einsparung von fossilen Energieträgern.

Und wenn wir schon bei den Alternativen sind, dann müssen wir an dieser Stelle auch anmerken, dass man Brennstoffzellen nicht unbedingt mit Wasserstoff füttern muss. Das geht auch sehr gut mit Biosprit, also Ethanol, der etwa, wie es die Agrana macht, aus Zuckerrüben gewonnen wird. Das Ethanol – das ja auch dem Sprit beigemischt wird – ist umweltpolitisch schon deutlich besser als aus Erdgas erzeugter Wasserstoff. Ethisch ist das aber ein immenses Problem, wenn in einem Teil der Erde hochwertige Lebensmittel zu Sprit degradiert werden, während anderswo – und das muss gar nicht so weit weg sein – Menschen hungern oder verhungern.

Wunderakkus?

Hängt also ein erfolgreicher Umstieg allein von einem der Wunderakkus ab, von denen wir dauernd hören? Denn auch der batterieelektrische Antrieb hat noch eine Reihe von Nachteilen. Da ist auf der einen Seite die aufwendige und nicht nachhaltige Produktion der Akkus, auf der anderen Seite haben wir die hohen Kosten in der Anschaffung, das hohe Gewicht, die langen Ladezeiten und die geringen Reichweiten. An dieser Stelle die nächste Enttäuschung: Der Wunderakku wird so schnell nicht kommen. Wir haben uns fast alle angesehen – und wenn man das macht, zerplatzt der Traum wie eine Seifenblase. Die eine Batterie ist leicht und hat immense Reichweiten, kann aber nicht aufgeladen und muss entsorgt werden, die andere lässt sich super laden und speichert viel Energie, ist aber so schwer, dass man einen EzuB-Schein (schwerer Anhänger für Pkw) braucht, um sie am schweren Hänger mitführen zu können.

Währenddessen ist die Industrie bereits so weit, dass die bestehende Technologie für den Alltag wunderbar funktioniert. Der Audi e-tron etwa lädt mit bis zu 150 kW, das heißt in 30 Minuten ist ein leerer Akku wieder zu 80 Prozent aufgeladen – so man eine Ladesäule findet, die mit entsprechender Power laden kann. Seine Reichweite beträgt fast 450 Kilometer. Tesla ist ebenfalls bekannt für seine hohen Reichweiten und schnellen Ladesysteme. Und wenn Ihnen das für die Fahrt in den Urlaub nicht reicht, dürfen wir an dieser Stelle noch einmal daran erinnern, dass für die Langstrecke ohnedies der Zug das Verkehrsmittel der Wahl ist. Mit den neuen Nachtzügen der ÖBB ist so eine Fahrt dann auch noch ein besonderer Genuss. Doch zurück zu den Akkus.

Vor wenigen Jahren machte man sich noch Sorgen, dass diese nicht allzu lange halten würden. Das scheint nun doch nicht der Fall zu sein. Und alte Akkus müssen nicht weggeworfen werden, sie haben entweder als Speicher für überschüssigen regenerativen Strom ein zweites Leben oder werden wieder recycelt. Das passiert übrigens noch nicht im großen Stil. Was aber vermutlich auch daran liegt, dass nicht ausreichend Akkus zur Wiederverwertung zurückkommen. Mehrere Firmen haben sich inzwischen bereits auf die Aufbereitung der wertvollen Bestandteile spezialisiert und wittern dabei ein gutes Geschäft.

Eine Lösung, die gerne vorgebracht wird, um den Nachteil der langen Ladezeit von Akkus – je langsamer man sie lädt, umso besser ist das für den Akku – wieder auszugleichen, sind Tauschakkus. Also genormte Akkupakete, die an einer Tauschstation entnommen und gegen volle Akkus getauscht werden. Auch von dieser Idee können wir uns bereits verabschieden. Denn das würde einen anderen Vorteil der Akkus vernichten. Die Batterien können nämlich genau dort im Auto verbaut werden, wo sie am wenigsten stören und ihr Gewicht am besten verteilt ist – darum haben moderne E-Autos riesige Innen- und zwei Kofferräume bei gleichzeitig ausgeglichener Achslast. Damit mag man den Nachteil des hohen Gewichts, wenn man Akkus mit hoher Reichweite verbaut, gut kaschieren.

Dabei ist das Thema Reichweite überhaupt ein spannendes: Die Post fährt zum Beispiel mit E-Transportern, Ortsbusse sind bereits rein elektrisch unterwegs und mehr und mehr Zustelldienste stellen auf E-Autos um. Klar, der Betrieb von E-Autos ist deutlich günstiger als ein vergleichbares konventionelles Auto, die Wartungskosten sind viel geringer und die Reichweiten von den E-Nutzfahrzeugen von rund 150 Kilometern mit einer Akkuladung langen leicht für die zu bewältigenden Strecken im Nahverkehr, erst recht wenn man Pausen, wie die zu Mittag, zum Laden nutzt.

Bei den aktuellen schweren Lkw sieht die Sache ähnlich aus. Mit Reichweiten von rund 300 Kilometern und einer Ladedauer von zwei Stunden mit Gleichstrom bis hin zu zwölf Stunden, sind sie für den Fernverkehr nicht wirklich praktikabel, wohl aber als Zusteller im Nahverkehr.

Unterm Strich bleibt, dass wir uns künftig wohl auf einen Mix der Antriebe einstellen werden müssen. Die Akkus haben derzeit in der Gesamtbetrachtung im Pkw-Bereich die Nase vorne. Was den Schwer- und den Schiffsverkehr angeht, hat der Wasserstoff Potenzial, das sich aber stark erweitern kann, wenn er irgendwann regenerativ hergestellt wird und die Tankinfrastruktur dafür besteht.

Die Schiene ist ideal für den Fernverkehr, auch wenn auf der Komfortseite noch einiges gerichtet werden kann – zudem ist Zugfahren nicht so günstig, wie man sich das wünscht. Vor allem, wenn man das in Relation zu den Billigfliegern setzt. Und da sind wir auch bei dem Verkehrsmittel, wo die alternativen Antriebe am weitesten hinten nachhinken, auch wenn Wasserstoff und Akkus im Hybrid-antrieb schon weit über das Versuchsstadium herausgekommen sind. Aber so lange Kerosin derartig günstig und steuerfrei ist, wird sich an konventionellen Fliegern nicht so rasch etwas ändern.

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