Wasserstoffantrieb
Ein Wasserstofffahrzeug ist ein Fahrzeug, das mit Wasserstoff als Treibstoff betrieben wird. Zu den Wasserstofffahrzeugen gehören wasserstoffbetriebene Weltraumraketen sowie Schiffe und Flugzeuge. Die Energie wird durch die Umwandlung der chemischen Energie des Wasserstoffs in mechanische Energie erzeugt, entweder durch die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle, um Elektromotoren anzutreiben, oder, seltener, durch die Verbrennung von Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor. ⓘ
Ab 2021 werden zwei Modelle von Wasserstoffautos auf ausgewählten Märkten öffentlich angeboten: der Toyota Mirai (2014-), das erste serienmäßig hergestellte Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV) der Welt, und der Hyundai Nexo (2018-). Es gibt auch Brennstoffzellenbusse. Wasserstoffbetriebene Flugzeuge werden voraussichtlich frühestens in den 2030er Jahren viele Passagiere auf Langstrecken befördern. ⓘ
Ab 2019 wird 98 % des Wasserstoffs durch Methandampfreformierung hergestellt, bei der Kohlendioxid freigesetzt wird. Er kann auch durch Elektrolyse von Wasser oder durch thermochemische oder pyrolytische Verfahren aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt werden, aber diese Verfahren sind derzeit sehr teuer. Es werden derzeit verschiedene Technologien entwickelt, die darauf abzielen, die Kosten so niedrig und die Mengen so groß zu halten, dass sie mit der Wasserstoffproduktion aus Erdgas konkurrieren können. ⓘ
Die Vorteile der Wasserstofftechnologie liegen in der großen Reichweite mit einer einzigen Betankung. Die Nachteile der Wasserstoffnutzung sind die hohen Kohlenstoffemissionen bei der Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas, die hohen Kapitalkosten, der niedrige Energiegehalt pro Volumeneinheit bei Umgebungsbedingungen, die Herstellung und Komprimierung von Wasserstoff, die erforderlichen Investitionen für den Aufbau einer weltweiten Tankstelleninfrastruktur zur Abgabe von Wasserstoff und der Transport von Wasserstoff. ⓘ
Als Wasserstoffantrieb wird umgangssprachlich eine Antriebsart bezeichnet, die Wasserstoff als Treibstoff oder Energieträger nutzt. ⓘ
Im Wesentlichen lassen sich folgende Konzepte unterscheiden:
- die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor – siehe Wasserstoffverbrennungsmotor;
- die Verbrennung in einer Gasturbine;
- die Umsetzung in einer Brennstoffzelle mit nachgeschaltetem Elektromotor – siehe Brennstoffzellenfahrzeug;
- die Nutzung als Treibstoffkomponente in Raketen – siehe Raketentreibstoff. ⓘ
Fahrzeuge
Autos, Busse, Gabelstapler, Züge, Kanalboote, Schiffe, Flugzeuge, U-Boote und Raketen können in verschiedenen Formen mit Wasserstoff betrieben werden. Die NASA verwendet Wasserstoff, um Space Shuttles ins All zu bringen. Ein funktionsfähiges Spielzeugmodellauto wird mit Solarenergie betrieben und nutzt eine regenerative Brennstoffzelle, um Energie in Form von Wasserstoff und Sauerstoffgas zu speichern. Anschließend kann es den Kraftstoff wieder in Wasser umwandeln, um die Sonnenenergie freizusetzen. ⓘ
Flugzeuge
Unternehmen wie Boeing, Lange Aviation und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt setzen auf Wasserstoff als Kraftstoff für Flugzeuge mit und ohne Besatzung. Im Februar 2008 testete Boeing den Flug eines Kleinflugzeugs mit Besatzung, das mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben wurde. Auch unbemannte Wasserstoffflugzeuge wurden bereits getestet. In Bezug auf große Passagierflugzeuge berichtete die Times, dass "Boeing sagte, dass Wasserstoff-Brennstoffzellen wahrscheinlich nicht die Triebwerke großer Passagierflugzeuge antreiben würden, aber als Reserve- oder Hilfstriebwerke an Bord eingesetzt werden könnten". ⓘ
Im Juli 2010 stellte Boeing seine wasserstoffbetriebene Drohne Phantom Eye vor, die von zwei Ford-Verbrennungsmotoren angetrieben wird, die für den Betrieb mit Wasserstoff umgerüstet wurden. ⓘ
Das britische Unternehmen Reaction Engines A2 hat vorgeschlagen, die thermodynamischen Eigenschaften von flüssigem Wasserstoff zu nutzen, um durch dessen Verbrennung in einem vorgekühlten Düsentriebwerk sehr hohe Geschwindigkeiten und lange Flugstrecken (antipodisch) zu erreichen. ⓘ
Kraftfahrzeuge
Schon um 1995 beschäftigten sich Fahrzeugbauer 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“. Wird demgegenüber 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, wird es gar als „Eines der klimafeindlichsten Autos überhaupt“ bezeichnet. Eine neuere Ökobilanz von 2015 zeigt auf, unter welchen Rahmenbedingungen Brennstoffzellenfahrzeuge ökologisch konkurrenzfähig werden im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen und konventionellen Fahrzeugen mit Otto- oder Dieselmotoren. ⓘ
Die in der Schweiz ansässige Firma ESORO stellte 2008 unter dem Namen „HyCar“ ein Konzeptfahrzeug vor. ⓘ
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. ⓘ
2013 nahm Hyundai in Korea als erster Hersteller die Serienfertigung des Brennstoffzellen-Pkw Hyundai ix35 FCEV in Kleinserie auf; Hauptzielmarkt ist Europa. Seit 2015 findet sich der Wagen unter der Bezeichnung ix35 fuel cell im offiziellen Vertriebsprogramm von Hyundai Deutschland. ⓘ
2015 bringt Toyota den seriell gefertigten Brennstoffzellen-Pkw unter dem Namen Mirai auf den internationalen Markt. ⓘ
Daimler wollte 2014 mit der Großserienfertigung von Wasserstofffahrzeugen beginnen. 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. Ende 2012 wurde bekannt, dass sich die Serienproduktion bezahlbarer BSZ-PKW bei Daimler um mehrere Jahre verschiebt. ⓘ
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. Ende 2012 wurde bekannt, dass die Brennstoffzellenentwicklung bei Opel aufgegeben wurde. ⓘ
Im November 2014 kündigte Toyota die Serienfertigung des Brennstoffzellenautos („Mirai“) an, das seit Dezember in Japan erhältlich ist. Seit 2015 wird dieses Fahrzeug auch in Deutschland verkauft. ⓘ
Im Rahmen der IAA 2017 wurde ein Vorserienmodell des Mercedes-Benz GLC F-Cell vorgestellt. Das Fahrzeug ist als Serienmodell seit 2018 im Leasing erhältlich. ⓘ
Auf der CES im Januar 2018 präsentierte Hyundai mit dem Nexo das Nachfolgemodell des ix35 fuel cell. ⓘ
Die walisische Firma Riversimple hat ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle entwickelt (Modell Rasa), das ab 2021 in die Serienproduktion gehen wird. ⓘ
Im Jahr 2013 mietete BMW die Wasserstofftechnologie von Toyota, und eine Gruppe aus der Ford Motor Company, der Daimler AG und Nissan kündigte eine Zusammenarbeit bei der Entwicklung der Wasserstofftechnologie an. Bis 2017 hatte Daimler jedoch die Entwicklung von Wasserstofffahrzeugen aufgegeben, und die meisten Automobilunternehmen, die Wasserstoffautos entwickeln, hatten ihren Schwerpunkt auf batterieelektrische Fahrzeuge verlagert. Bis 2020 hatten alle bis auf drei Automobilunternehmen ihre Pläne zur Herstellung von Wasserstoffautos aufgegeben. ⓘ
Autorennen
Ein Prototyp des Ford Fusion Hydrogen 999 Fuel Cell Race Car stellte im August 2007 in den Bonneville Salt Flats einen Rekord von 207,297 Meilen pro Stunde (333,612 km/h) auf, wobei ein großer Sauerstofftank zur Leistungssteigerung verwendet wurde. Der Landgeschwindigkeitsrekord für ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug von 286,476 Meilen pro Stunde (461,038 km/h) wurde vom Buckeye Bullet 2 der Ohio State University aufgestellt, der im August 2008 in den Bonneville Salt Flats eine "fliegende Meile" von 280,007 Meilen pro Stunde (450,628 km/h) erreichte. ⓘ
Im Jahr 2007 wurde die Hydrogen Electric Racing Federation als Rennorganisation für wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge gegründet. Die Organisation sponserte das Hydrogen 500, ein 500-Meilen-Rennen. ⓘ
Busse
Brennstoffzellenbusse wurden von mehreren Herstellern an verschiedenen Standorten erprobt, zum Beispiel von Ursus Lublin. Solaris Bus & Coach stellte 2019 seine wasserstoffbetriebenen Elektrobusse Urbino 12 vor. Mehrere Dutzend wurden bestellt. Im Jahr 2022 kündigte die Stadt Montpellier (Frankreich) einen Vertrag über die Beschaffung von 51 mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenen Bussen, als sie feststellte, dass "die Betriebskosten für Wasserstoffbusse das Sechsfache der Stromkosten betragen". ⓘ
Straßenbahnen und Züge
| Externes Video ⓘ | |
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 China führt seine erste Wasserstoff-Brennstoffzellen-Hybridlokomotive ein, Xinhua, 28. Januar 2021 |
Im März 2015 führte die China South Rail Corporation (CSR) in einer Montageanlage in Qingdao den weltweit ersten Straßenbahnwagen mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb vor. In sieben chinesischen Städten wurden bereits Gleise für das neue Fahrzeug gebaut. ⓘ
In Norddeutschland wurden 2018 die ersten brennstoffzellenbetriebenen Coradia iLint-Züge in Betrieb genommen; überschüssiger Strom wird in Lithium-Ionen-Batterien gespeichert. ⓘ
Schiffe
Ab 2019 sind Wasserstoff-Brennstoffzellen nicht für den Antrieb großer Langstreckenschiffe geeignet, aber sie werden als Reichweitenverlängerer für kleinere, elektrisch betriebene Kurzstreckenschiffe mit geringer Geschwindigkeit, z. B. Fähren, in Betracht gezogen. Wasserstoff in Ammoniak wird als Langstreckenkraftstoff in Betracht gezogen. ⓘ
Fahrräder
2007 stellte die Pearl Hydrogen Power Source Technology Co. aus Shanghai, China, ein PHB-Wasserstofffahrrad vor. Im Jahr 2014 stellten australische Wissenschaftler von der University of New South Wales ihr Hy-Cycle-Modell vor. Im selben Jahr begann Canyon Bicycles mit der Arbeit an dem Konzeptfahrrad Eco Speed. ⓘ
Im Jahr 2017 entwickelte das französische Unternehmen Pragma Industries ein Fahrrad, das mit einer einzigen Wasserstoffflasche 100 km weit fahren kann. Im Jahr 2019 gab Pragma bekannt, dass das Produkt "Alpha Bike" verbessert wurde und nun eine elektrisch unterstützte Reichweite von 150 km bietet. Die ersten 200 Fahrräder sollen Journalisten zur Verfügung gestellt werden, die über den 45. G7-Gipfel im französischen Biarritz berichten. Lloyd Alter von TreeHugger reagierte auf die Ankündigung mit der Frage: "Warum ... sollte man sich die Mühe machen, Elektrizität zu verwenden, um Wasserstoff herzustellen, nur um ihn wieder in Elektrizität umzuwandeln, um eine Batterie aufzuladen, mit der das E-Bike betrieben wird, [oder] einen Kraftstoff wählen, für den man eine teure Tankstelle braucht, die nur 35 Fahrräder pro Tag aufnehmen kann, wenn man ein batteriebetriebenes Fahrrad überall aufladen kann. [Warum sollte man als Flottenbetreiber nicht einfach die Batterien austauschen, um die Reichweite und den schnellen Umsatz zu erhalten?" ⓘ
Militärfahrzeuge
Die militärische Abteilung von General Motors, GM Defense, konzentriert sich auf Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge. Sein SURUS (Silent Utility Rover Universal Superstructure) ist eine flexible Brennstoffzellen-Elektroplattform mit autonomen Fähigkeiten. Seit April 2017 testet die US-Armee den kommerziellen Chevrolet Colorado ZH2 auf ihren US-Stützpunkten, um die Tauglichkeit von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen im taktischen Umfeld von Militäreinsätzen zu prüfen. ⓘ
Motorräder und Scooter
ENV entwickelt Elektromotorräder, die mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben werden, darunter der Crosscage und der Biplane. Andere Hersteller wie Vectrix arbeiten an Wasserstoff-Rollern. Schließlich werden auch Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektro-Hybrid-Roller hergestellt, wie der Suzuki Burgman Brennstoffzellen-Roller und der FHybrid. Der Burgman erhielt in der EU die Typgenehmigung für das gesamte Fahrzeug. Das taiwanesische Unternehmen APFCT führte im Auftrag des taiwanesischen Energieministeriums einen Live-Straßentest mit 80 Brennstoffzellen-Rollern durch. ⓘ
Auto-Rikschas
Wasserstoffbetriebene Auto-Rikschas wurden von Mahindra HyAlfa und Bajaj Auto gebaut. ⓘ
Quads und Traktoren
Der H-Due von Autostudi S.r.l. ist ein wasserstoffbetriebenes Quad, das 1-3 Personen befördern kann. Es wurde ein Konzept für einen wasserstoffbetriebenen Traktor vorgeschlagen. ⓘ
Gabelstapler
Ein wasserstoffbetriebener Gabelstapler oder HICE-Stapler ist ein wasserstoffbetriebener, verbrennungsmotorisch angetriebener Gabelstapler, der zum Heben und Transportieren von Materialien eingesetzt wird. Der erste serienmäßige HICE-Gabelstapler auf der Basis des Linde X39 Diesel wurde am 27. Mai 2008 auf einer Messe in Hannover vorgestellt. Es handelte sich um einen 2,0-Liter-Diesel-Verbrennungsmotor mit 43 kW (58 PS), der mit Hilfe eines Kompressors und Direkteinspritzung auf den Betrieb mit Wasserstoff umgerüstet wurde. ⓘ
Im Jahr 2013 wurden in den USA über 4.000 Brennstoffzellen-Gabelstapler im Materialtransport eingesetzt. Der Weltmarkt wurde für 2014-2016 auf 1 Million brennstoffzellenbetriebene Gabelstapler pro Jahr geschätzt. Flotten werden von Unternehmen auf der ganzen Welt betrieben. Pike Research stellte 2011 fest, dass brennstoffzellenbetriebene Gabelstapler bis 2020 der größte Treiber der Nachfrage nach Wasserstoff als Kraftstoff sein werden. ⓘ
Die meisten Unternehmen in Europa und den USA setzen keine erdölbetriebenen Gabelstapler ein, da diese Fahrzeuge in geschlossenen Räumen arbeiten, wo die Emissionen kontrolliert werden müssen, und verwenden stattdessen Elektrostapler. Mit Brennstoffzellen betriebene Gabelstapler bieten gegenüber batteriebetriebenen Gabelstaplern Vorteile, da sie innerhalb von 3 Minuten aufgetankt werden können. Sie können in Kühllagern eingesetzt werden, da ihre Leistung durch niedrigere Temperaturen nicht beeinträchtigt wird. Die Brennstoffzelleneinheiten sind oft als Drop-in-Ersatz konzipiert. ⓘ
Raketen
Viele große Raketen verwenden flüssigen Wasserstoff als Treibstoff und flüssigen Sauerstoff als Oxidationsmittel (LH2/LOX). Ein Vorteil von Wasserstoff als Raketentreibstoff ist die hohe effektive Abgasgeschwindigkeit im Vergleich zu Kerosin/LOX- oder UDMH/NTO-Triebwerken. Nach der Ziolkowsky-Raketengleichung verbraucht eine Rakete mit höherer Ausstoßgeschwindigkeit weniger Treibstoff zur Beschleunigung. Außerdem ist die Energiedichte von Wasserstoff größer als die aller anderen Brennstoffe. LH2/LOX bietet auch den höchsten Wirkungsgrad im Verhältnis zur verbrauchten Treibstoffmenge aller bekannten Raketentreibstoffe. ⓘ
Ein Nachteil von LH2/LOX-Triebwerken ist die geringe Dichte und die niedrige Temperatur von flüssigem Wasserstoff, was bedeutet, dass größere und isolierte und damit schwerere Treibstofftanks benötigt werden. Dadurch erhöht sich die strukturelle Masse der Rakete, was ihr Delta-v deutlich verringert. Ein weiterer Nachteil ist die schlechte Lagerfähigkeit von LH2/LOX-getriebenen Raketen: Da der Wasserstoff ständig verdampft, muss die Rakete kurz vor dem Start aufgetankt werden, was kryogene Triebwerke für ICBMs und andere Raketenanwendungen mit kurzen Startvorbereitungen ungeeignet macht. ⓘ
Insgesamt unterscheidet sich das Delta-v einer Wasserstoffstufe in der Regel nicht wesentlich von dem einer mit dichtem Treibstoff betriebenen Stufe, aber das Gewicht einer Wasserstoffstufe ist viel geringer, was sie für Oberstufen besonders effektiv macht, da diese von den Unterstufen getragen werden. Für die ersten Stufen können Raketen mit dichtem Brennstoff in Studien aufgrund der geringeren Fahrzeuggröße und des geringeren Luftwiderstands einen kleinen Vorteil aufweisen. ⓘ
LH2/LOX wurde auch im Space Shuttle verwendet, um die Brennstoffzellen zu betreiben, die die elektrischen Systeme versorgen. Das Nebenprodukt der Brennstoffzelle ist Wasser, das zum Trinken und für andere Anwendungen, die im Weltraum Wasser benötigen, verwendet wird. ⓘ
Schwere Lastwagen
United Parcel Service begann 2017 mit dem Test eines wasserstoffbetriebenen Lieferfahrzeugs. US Hybrid, Toyota und Kenworth planen ebenfalls die Erprobung von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw der Klasse 8. ⓘ
Hyundai hat 2020 mit der kommerziellen Produktion seiner Xcient-Brennstoffzellen-Lkw begonnen und bereits zehn davon in die Schweiz geliefert. Das Unternehmen plant, bis 2022 weitere Märkte, einschließlich der USA, zu beliefern. ⓘ
Fahrzeug mit Verbrennungsmotor
Wasserstoffautos mit Verbrennungsmotor unterscheiden sich von Wasserstoff-Brennstoffzellenautos. Das Wasserstoffauto mit Verbrennungsmotor ist eine leicht abgewandelte Version des herkömmlichen Autos mit Benzinverbrennungsmotor. Diese Wasserstoffmotoren verbrennen den Kraftstoff auf die gleiche Weise wie Benzinmotoren; der Hauptunterschied ist das Abgasprodukt. Bei der Verbrennung von Benzin entstehen hauptsächlich Kohlendioxid- und Wasseremissionen sowie Spuren von Kohlenmonoxid, NOx, Partikeln und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, während das Hauptabgasprodukt der Wasserstoffverbrennung Wasserdampf ist. ⓘ
Im Jahr 1807 konstruierte François Isaac de Rivaz den ersten mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor. 1965 baute Roger E. Billings, damals noch Schüler, ein Model A für den Betrieb mit Wasserstoff um. 1970 patentierte Paul Dieges eine Modifikation von Verbrennungsmotoren, mit der ein Benzinmotor mit Wasserstoff betrieben werden konnte. ⓘ
Mazda hat Wankelmotoren entwickelt, die Wasserstoff verbrennen und im Mazda RX-8 Hydrogen RE eingesetzt werden. Der Vorteil der Verwendung eines Verbrennungsmotors, wie des Wankel- und des Kolbenmotors, sind die geringeren Kosten für die Umrüstung auf die Produktion. ⓘ
Brennstoffzelle
Kosten der Brennstoffzelle
Wasserstoff-Brennstoffzellen sind in der Herstellung relativ teuer, da ihre Konstruktion seltene Substanzen wie Platin als Katalysator erfordert. 2014 schätzte der ehemalige Präsident des Europäischen Parlaments, Pat Cox, dass Toyota anfangs mit jedem verkauften Mirai etwa 100.000 Dollar verlieren würde. Im Jahr 2020 entwickeln Forscher am Fachbereich Chemie der Universität Kopenhagen eine neue Art von Katalysator, von dem sie sich eine Senkung der Kosten für Brennstoffzellen erhoffen. Dieser neue Katalysator verbraucht weit weniger Platin, da die Platin-Nanopartikel nicht mit Kohlenstoff beschichtet sind, der bei herkömmlichen Wasserstoff-Brennstoffzellen die Nanopartikel an Ort und Stelle hält, aber auch dazu führt, dass der Katalysator instabil wird und langsam denaturiert, wodurch noch mehr Platin benötigt wird. Bei der neuen Technologie werden statt der Nanopartikel haltbare Nanodrähte verwendet. "Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, ihre Ergebnisse zu vergrößern, damit die Technologie in Wasserstofffahrzeugen eingesetzt werden kann. ⓘ
Gefrierbedingungen
Die Probleme früherer Brennstoffzellendesigns bei niedrigen Temperaturen in Bezug auf die Reichweite und die Kaltstartfähigkeit wurden inzwischen behoben, so dass sie "nicht mehr als Hindernisse angesehen werden können". Nutzer berichteten 2014, dass ihre Brennstoffzellenfahrzeuge auch bei Minustemperaturen einwandfrei funktionieren, selbst wenn die Heizungen auf Hochtouren laufen, ohne dass sich die Reichweite wesentlich verringert. Studien mit Neutronenradiographie zum ungestützten Kaltstart zeigen Eisbildung in der Kathode, drei Stufen des Kaltstarts und die ionische Leitfähigkeit von Nafion. Außerdem wurde ein Parameter, definiert als Coulomb-Ladung, zur Messung der Kaltstartfähigkeit definiert. ⓘ
Lebensdauer
Die Lebensdauer von Brennstoffzellen ist mit der von anderen Fahrzeugen vergleichbar. Die Lebensdauer von PEM-Brennstoffzellen (Polymer-Elektrolyt-Membran) beträgt 7.300 Stunden unter Zyklusbedingungen. ⓘ
Wasserstoff
Wasserstoff gibt es nicht wie fossile Brennstoffe oder Helium in geeigneten Reservoirs oder Lagerstätten. Er wird aus Rohstoffen wie Erdgas und Biomasse oder durch Elektrolyse aus Wasser hergestellt. Ein vermuteter Vorteil des großflächigen Einsatzes von Wasserstofffahrzeugen besteht darin, dass er zu einem Rückgang der Emissionen von Treibhausgasen und Ozonvorläufern führen könnte. Seit 2014 werden jedoch 95 % des Wasserstoffs aus Methan hergestellt. Er kann auf thermochemischem oder pyrolytischem Weg aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt werden, doch ist dies ein teures Verfahren. Erneuerbare Energien können jedoch für die Umwandlung von Wasser in Wasserstoff genutzt werden: Integrierte Wind-Wasserstoff-Anlagen (Power-to-Gas), die die Elektrolyse von Wasser nutzen, erforschen Technologien, die Kosten und Mengen so niedrig halten, dass sie mit den herkömmlichen Energiequellen konkurrieren können. Zu den Herausforderungen bei der Verwendung von Wasserstoff in Fahrzeugen gehört die Speicherung an Bord des Fahrzeugs. ⓘ
Herstellung
Der molekulare Wasserstoff, der als Bordkraftstoff für Wasserstofffahrzeuge benötigt wird, kann durch viele thermochemische Verfahren aus Erdgas, Kohle (durch ein als Kohlevergasung bekanntes Verfahren), Flüssiggas, Biomasse (Biomassevergasung), durch ein als Thermolyse bezeichnetes Verfahren oder als mikrobielles Abfallprodukt, das als Biowasserstoff oder biologische Wasserstofferzeugung bezeichnet wird, gewonnen werden. 95 % des Wasserstoffs wird aus Erdgas hergestellt, und 85 % des erzeugten Wasserstoffs wird zur Entschwefelung von Benzin verwendet. Wasserstoff kann auch aus Wasser durch Elektrolyse mit einem Wirkungsgrad von 65-70 % hergestellt werden. Wasserstoff kann auch durch chemische Reduktion mit chemischen Hydriden oder Aluminium hergestellt werden. Die derzeitigen Technologien zur Herstellung von Wasserstoff verbrauchen Energie in verschiedenen Formen, die insgesamt zwischen 25 und 50 % des höheren Heizwerts des Wasserstoffbrennstoffs ausmachen, um den Wasserstoff zu produzieren, zu komprimieren oder zu verflüssigen und per Pipeline oder LKW zu transportieren. ⓘ
Zu den Umweltauswirkungen der Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Energieressourcen gehört die Emission von Treibhausgasen, eine Folge, die auch bei der Reformierung von Methanol zu Wasserstoff an Bord entstehen würde. Die Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energieträgern würde keine derartigen Emissionen verursachen, doch müsste der Umfang der erneuerbaren Energieerzeugung ausgeweitet werden, um einen erheblichen Teil des Verkehrsbedarfs mit Wasserstoff decken zu können. In einigen Ländern werden erneuerbare Energiequellen in größerem Umfang für die Energie- und Wasserstofferzeugung genutzt. So nutzt Island beispielsweise geothermische Energie zur Wasserstofferzeugung, und Dänemark setzt auf Windkraft. ⓘ
Speicherung
Komprimierter Wasserstoff in Wasserstofftanks mit 350 bar (5.000 psi) und 700 bar (10.000 psi) wird für Wasserstofftanksysteme in Fahrzeugen verwendet, die auf der Typ-IV-Kohlenstoffverbundtechnologie basieren. ⓘ
Wasserstoff hat bei Umgebungsbedingungen eine sehr geringe volumetrische Energiedichte im Vergleich zu Benzin und anderen Kraftstoffen. Er muss in einem Fahrzeug entweder als unterkühlte Flüssigkeit oder als stark komprimiertes Gas gespeichert werden, was zusätzliche Energie erfordert. Im Jahr 2018 haben Forscher des CSIRO in Australien einen Toyota Mirai und einen Hyundai Nexo mit Wasserstoff angetrieben, der mithilfe einer Membrantechnologie von Ammoniak getrennt wurde. Ammoniak lässt sich in Tankwagen leichter sicher transportieren als reiner Wasserstoff. ⓘ
Infrastruktur
Die Wasserstoffinfrastruktur besteht aus mit Wasserstoff ausgestatteten Tankstellen, die über Anhänger mit Druckwasserstoffrohren mit Wasserstoff versorgt werden, aus Flüssigwasserstoff-Tankwagen oder einer eigenen Produktion vor Ort sowie aus einigen industriellen Wasserstoffpipelines. Für die flächendeckende Versorgung von Fahrzeugen mit Wasserstoffkraftstoff wären neue Wasserstofftankstellen erforderlich, die in den USA zwischen 20 Mrd. Dollar (in der EU 4,6 Mrd.) und einer halben Billion Dollar (in den USA) kosten würden. ⓘ
Im Jahr 2021 gab es in den USA 49 öffentlich zugängliche Wasserstofftankstellen, davon 48 in Kalifornien (im Vergleich zu 42.830 Elektroladestationen). Im Jahr 2017 gab es in Japan 91 Wasserstofftankstellen. ⓘ
Codes und Normen
Vorschriften und Normen für Wasserstoff sowie Vorschriften und technische Normen für die Sicherheit von Wasserstoff und die Speicherung von Wasserstoff stellen ein institutionelles Hindernis für die Einführung von Wasserstofftechnologien dar. Um die Kommerzialisierung von Wasserstoff in Verbraucherprodukten zu ermöglichen, müssen neue Vorschriften und Normen entwickelt und von Bund, Ländern und Kommunen angenommen werden. ⓘ
Offizielle Unterstützung
U.S. Initiativen
Brennstoffzellenbusse werden unterstützt. ⓘ
Andere Bemühungen
In Japan soll Wasserstoff hauptsächlich von außerhalb Japans bezogen werden. ⓘ
Norwegen plant eine Reihe von Wasserstofftankstellen entlang der Hauptstraßen. ⓘ
Kritik
Einige Kritiker haben erklärt, dass Schiffe eher mit Ammoniak oder Methanol betrieben werden sollten, da diese Energieträger eine höhere Energiedichte aufweisen. ⓘ
Kritiker behaupten, dass die Überwindung der technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen bei der Einführung von Wasserstoffautos in großem Maßstab mindestens mehrere Jahrzehnte in Anspruch nehmen dürfte. Sie behaupten, dass die Konzentration auf den Einsatz von Wasserstoffautos ein gefährlicher Umweg über leichter verfügbare Lösungen zur Verringerung des Einsatzes fossiler Brennstoffe in Fahrzeugen ist. Im Mai 2008 berichtete Wired News, dass "Experten sagen, dass es 40 Jahre oder mehr dauern wird, bis Wasserstoff irgendeinen bedeutenden Einfluss auf den Benzinverbrauch oder die globale Erwärmung hat, und wir können es uns nicht leisten, so lange zu warten. In der Zwischenzeit werden durch Brennstoffzellen Ressourcen von dringenderen Lösungen abgezogen". ⓘ
Die Kritik an Wasserstofffahrzeugen wird in dem Dokumentarfilm Who Killed the Electric Car? von 2006 dargestellt. Der ehemalige Beamte des US-Energieministeriums, Joseph Romm, erklärte: "Ein Wasserstoffauto ist eine der am wenigsten effizienten und teuersten Möglichkeiten zur Reduzierung von Treibhausgasen." Auf die Frage, wann Wasserstoffautos auf breiter Front verfügbar sein werden, antwortete Romm: "Nicht zu unseren Lebzeiten und sehr wahrscheinlich nie". Die Los Angeles Times schrieb 2009: "Die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie wird in Autos nicht funktionieren. ... Wie auch immer man es betrachtet, Wasserstoff ist ein lausiger Weg, um Autos zu bewegen." Das Magazin The Economist zitierte 2008 Robert Zubrin, den Autor von Energy Victory, mit den Worten: "Wasserstoff ist 'so ziemlich der schlechteste mögliche Fahrzeugkraftstoff'". Das Magazin verwies auf den Rückzug Kaliforniens von früheren Zielen: "Im Jahr [2008] änderte die kalifornische Luftreinhaltungsbehörde, eine Behörde der kalifornischen Landesregierung und ein Vorreiter für die Landesregierungen in ganz Amerika, ihre Vorgabe für die Anzahl der emissionsfreien Fahrzeuge (ZEVs), die zwischen 2012 und 2014 in Kalifornien gebaut und verkauft werden sollen. Das geänderte Mandat ermöglicht es den Herstellern, die Vorschriften zu erfüllen, indem sie mehr batterieelektrische Autos statt Brennstoffzellenfahrzeuge bauen." Die Zeitschrift wies auch darauf hin, dass der meiste Wasserstoff durch Methan-Dampfreformierung hergestellt wird, was mindestens so viel Kohlenstoffemissionen pro Kilometer verursacht wie einige der heutigen Benzinautos. Könnte der Wasserstoff hingegen mit erneuerbaren Energien hergestellt werden, "wäre es sicherlich einfacher, diese Energie einfach zum Aufladen der Batterien von reinen Elektro- oder Plug-in-Hybridfahrzeugen zu verwenden." Ab 2019 werden 98 % des Wasserstoffs durch Methandampfreformierung hergestellt, bei der Kohlendioxid freigesetzt wird. ⓘ
Eine Studie der UC Davis aus dem Jahr 2009, die im Journal of Power Sources veröffentlicht wurde, kam ebenfalls zu dem Ergebnis, dass Wasserstofffahrzeuge während ihrer gesamten Lebensdauer mehr Kohlenstoff emittieren als Benzinfahrzeuge. Dies stimmt mit einer Analyse von 2014 überein. Die Washington Post fragte 2009: "[W]arum sollte man Energie in Form von Wasserstoff speichern und diesen Wasserstoff dann zur Erzeugung von Strom für einen Motor verwenden, wenn elektrische Energie bereits darauf wartet, in ganz Amerika aus den Steckdosen gesaugt und in Autobatterien gespeichert zu werden? The Motley Fool stellte 2013 fest, dass "es immer noch kostspielige Hindernisse [für Wasserstoffautos] gibt, die den Transport, die Speicherung und vor allem die Produktion betreffen." ⓘ
Rudolf Krebs von Volkswagen sagte 2013, dass "egal, wie gut man die Autos selbst macht, die Gesetze der Physik ihre Gesamteffizienz behindern. Der effizienteste Weg, Energie in Mobilität umzuwandeln, ist Elektrizität". Er führte weiter aus: "Wasserstoffmobilität macht nur Sinn, wenn man grüne Energie verwendet", aber ... man muss sie zuerst in Wasserstoff umwandeln, "mit niedrigen Wirkungsgraden", wobei "man etwa 40 Prozent der ursprünglichen Energie verliert". Dann muss man den Wasserstoff komprimieren und unter hohem Druck in Tanks speichern, was noch mehr Energie verbraucht. "Und dann muss man den Wasserstoff in einer Brennstoffzelle wieder in Strom umwandeln, was einen weiteren Effizienzverlust bedeutet. Krebs fuhr fort: "Am Ende bleiben von den ursprünglichen 100 Prozent elektrischer Energie nur noch 30 bis 40 Prozent übrig." Der Business Insider kommentierte:
Reiner Wasserstoff kann industriell gewonnen werden, aber dazu braucht man Energie. Wenn diese Energie nicht aus erneuerbaren Quellen stammt, dann sind Brennstoffzellenautos nicht so sauber, wie sie scheinen. ... Eine weitere Herausforderung ist die fehlende Infrastruktur. Tankstellen müssen in die Fähigkeit investieren, Wasserstofftanks aufzutanken, bevor FCEVs [Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge] praktisch werden, und es ist unwahrscheinlich, dass viele das tun werden, solange es heute so wenige Kunden auf der Straße gibt. ... Der Mangel an Infrastruktur wird durch die hohen Kosten der Technologie noch verstärkt. Brennstoffzellen sind "immer noch sehr, sehr teuer". ⓘ
Im Jahr 2014 widmete Joseph Romm drei Artikel der Aktualisierung seiner Kritik an Wasserstofffahrzeugen aus seinem Buch The Hype about Hydrogen. Er stellte fest, dass Brennstoffzellenfahrzeuge immer noch nicht die hohen Kosten der Fahrzeuge, die hohen Betankungskosten und die fehlende Infrastruktur für die Kraftstoffversorgung überwunden haben. "Es bedürfte mehrerer Wunder, um all diese Probleme in den kommenden Jahrzehnten gleichzeitig zu überwinden. Außerdem seien FCVs nicht grün", da bei der Erdgasförderung Methan entweiche und Wasserstoff zu 95 % im Dampfreformierungsverfahren hergestellt werde. Er kam zu dem Schluss, dass erneuerbare Energien nicht wirtschaftlich genutzt werden können, um Wasserstoff für eine FCV-Flotte herzustellen, "weder jetzt noch in Zukunft". Der Analyst von GreenTech Media kam 2014 zu ähnlichen Schlussfolgerungen. Im Jahr 2015 führte Clean Technica einige der Nachteile von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen auf, ebenso wie Car Throttle. Ein anderer Autor von Clean Technica kam zu dem Schluss, dass "Wasserstoff zwar eine Rolle in der Welt der Energiespeicherung (vor allem der saisonalen Speicherung) spielen kann, aber eine Sackgasse zu sein scheint, wenn es um Mainstream-Fahrzeuge geht." Eine Studie von Wissenschaftlern der Stanford University und der Technischen Universität München aus dem Jahr 2016, die in der November-Ausgabe der Zeitschrift Energy veröffentlicht wurde, kam zu dem Schluss, dass selbst unter der Annahme einer lokalen Wasserstoffproduktion "die Investition in vollelektrische, batteriebetriebene Fahrzeuge die wirtschaftlichere Wahl zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen ist, vor allem aufgrund ihrer geringeren Kosten und ihrer deutlich höheren Energieeffizienz." ⓘ
Eine 2017 in Green Car Reports veröffentlichte Analyse kam zu dem Schluss, dass die besten Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge "mehr als dreimal mehr Strom pro Kilometer verbrauchen als ein Elektrofahrzeug ... mehr Treibhausgasemissionen erzeugen als andere Antriebstechnologien ... [und haben] sehr hohe Kraftstoffkosten. ... In Anbetracht all der Hindernisse und der Anforderungen an die neue Infrastruktur (die schätzungsweise bis zu 400 Milliarden Dollar kosten wird) scheinen Brennstoffzellenfahrzeuge bestenfalls eine Nischentechnologie mit geringen Auswirkungen auf den Ölverbrauch in den USA zu sein. Das US-Energieministerium stimmt dem zu, wenn es um Kraftstoff geht, der über Elektrolyse aus dem Stromnetz gewonnen wird, nicht aber bei den meisten anderen Erzeugungswegen. In einem Video von Real Engineering aus dem Jahr 2019 wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff für Autos trotz der Einführung von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen nicht zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen im Verkehr beiträgt. Die 95 % des Wasserstoffs, die immer noch aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, setzen Kohlendioxid frei, und die Herstellung von Wasserstoff aus Wasser ist ein energieaufwändiger Prozess. Die Speicherung von Wasserstoff erfordert mehr Energie, entweder um ihn auf den flüssigen Zustand abzukühlen oder um ihn in Tanks unter hohem Druck zu lagern, und die Lieferung des Wasserstoffs zu den Tankstellen erfordert mehr Energie und setzt möglicherweise mehr Kohlenstoff frei. Der Wasserstoff, der benötigt wird, um ein FCV einen Kilometer weit zu bewegen, kostet etwa achtmal so viel wie der Strom, der benötigt wird, um ein BEV die gleiche Strecke zu bewegen. Ebenfalls 2019 erklärte Katsushi Inoue, der Präsident von Honda Europe: "Unser Fokus liegt jetzt auf Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Vielleicht werden Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge kommen, aber das ist eine Technologie für die nächste Ära." ⓘ
Bewertungen seit 2020 kommen zu dem Schluss, dass Wasserstofffahrzeuge immer noch nur zu 38 % effizient sind, während batteriebetriebene Elektrofahrzeuge zwischen 80 und 95 % effizient sind. Eine Bewertung von CleanTechnica aus dem Jahr 2021 kam zu dem Schluss, dass Wasserstoffautos weit weniger effizient sind als Elektroautos, dass der Großteil des produzierten Wasserstoffs umweltschädlicher grauer Wasserstoff ist und dass die Bereitstellung von Wasserstoff den Aufbau einer umfangreichen und teuren neuen Infrastruktur erfordern würde, und dass die beiden verbleibenden "Vorteile von Brennstoffzellenfahrzeugen - größere Reichweite und schnelle Betankungszeiten - durch die Verbesserung der Batterie- und Ladetechnologie rasch aufgezehrt werden." ⓘ
Sicherheit und Versorgung
Wasserstoffkraftstoff ist wegen seiner niedrigen Zündenergie (siehe auch Selbstentzündungstemperatur) und seiner hohen Verbrennungsenergie gefährlich, und weil er dazu neigt, leicht aus den Tanks auszutreten. Es wurde von Explosionen an Wasserstofftankstellen berichtet. Wasserstofftankstellen werden in der Regel per LKW von Wasserstofflieferanten beliefert. Eine Unterbrechung in einer Wasserstoffversorgungsanlage kann mehrere Wasserstofftankstellen außer Betrieb setzen. ⓘ
Vergleich mit anderen Arten von Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff
Wasserstofffahrzeuge konkurrieren mit verschiedenen vorgeschlagenen Alternativen zur modernen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeuginfrastruktur. ⓘ
Plug-in-Hybride
Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) sind Hybridfahrzeuge, die an das Stromnetz angeschlossen werden können und sowohl über einen Elektro- als auch über einen Verbrennungsmotor verfügen. Das PHEV-Konzept erweitert die Standard-Hybrid-Elektrofahrzeuge um die Möglichkeit, ihre Batterien über eine externe Quelle aufzuladen, was eine verstärkte Nutzung der Elektromotoren des Fahrzeugs ermöglicht und gleichzeitig die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringert. ⓘ
Erdgas
Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, die mit komprimiertem Erdgas (CNG), Flüssiggas (LPG) oder Flüssiggas (LNG) betrieben werden (Erdgasfahrzeuge oder NGV), verwenden Methan (Erdgas oder Biogas) direkt als Kraftstoffquelle. Erdgas hat eine höhere Energiedichte als Wasserstoffgas. NGVs, die Biogas verwenden, sind nahezu kohlenstoffneutral. Im Gegensatz zu Wasserstofffahrzeugen sind CNG-Fahrzeuge schon seit vielen Jahren erhältlich, und es gibt eine ausreichende Infrastruktur, um sowohl gewerbliche als auch private Tankstellen zu betreiben. Ende 2011 gab es weltweit 14,8 Millionen Erdgasfahrzeuge. Eine weitere Verwendung für Erdgas ist die Dampfreformierung, die übliche Methode zur Herstellung von Wasserstoffgas für den Einsatz in Elektroautos mit Brennstoffzellen. ⓘ
Methan ist auch ein alternativer Raketentreibstoff. ⓘ
Vollelektrische Fahrzeuge
Ab 2022 können Elektroschiffe nicht mehr viele Container über die Weltmeere transportieren und Elektroflugzeuge nicht mehr viele Passagiere auf Langstrecken befördern. ⓘ
Für den Langstreckentransport von Elektro-Lkw ist möglicherweise eine Ladeinfrastruktur mit mehr Megawatt erforderlich. ⓘ
Energieträger Wasserstoff
Wasserstoffspeicherung
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. ⓘ
Anwendung
Raketenantriebe
Wasserstoff/Sauerstoff-Gemische werden als Raketentreibstoff verwendet, so z. B. für die Haupttriebwerke des Space Shuttle oder der Delta IV Heavy. ⓘ
Schiffsantriebe
Überwasserschiffe
Auf der Hamburger Alster verkehrte von 2007 bis 2013 ein Fahrgastschiff für 100 Passagiere, das durch Strom (ca. 100 kW) aus Brennstoffzellen angetrieben wurde. Die Kosten der Brennstoffzellen betrugen 3 Mio. Euro, das komplette Schiff kostete 5 Mio. Euro. Es wurde im Rahmen des Projektes Zemships entwickelt. Die Stilllegung erfolgte wegen Außerbetriebnahme der H2-Tankstelle wegen Unwirtschaftlichkeit. ⓘ
Als wasserstoffbetriebenes Hochseeschiff befindet sich die norwegische Viking Lady im Einsatz. Sie ist ein Versorgungsschiff für Bohrplattformen, das 2009 zusätzlich zum dieselelektrischen Antrieb mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet wurde. Diese wird wie der konventionelle Antrieb mit LNG (verflüssigtem Erdgas) betrieben. ⓘ
U-Boote
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Bei der U-Boot-Klasse 212 A und den neueren Booten der Dolphin-Klasse werden Brennstoffzellenantriebe 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. ⓘ
Fahrzeugantriebe
Verbrennungsmotor
Mazda verleast seit März 2006 den Wasserstoff RX-8 und ist somit der erste Autohersteller, der ein Fahrzeug mit Wasserstoffverbrennungsmotor anbietet. ⓘ
BMW ist der zweite Hersteller, der einen Wasserstoffverbrennungsmotor für PKW zur Serienreife gebracht hat. Der Motor kann sowohl mit Wasserstoff als auch mit Benzin betrieben werden. 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 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 Hydrogen 7 nach 17 Stunden Standzeit, nach 9 Tagen ist der Inhalt eines halbvollen Tanks verdampft. ⓘ
In Berlin waren zur Fußball-Weltmeisterschaft 2006 zwei Busse mit Wasserstoffverbrennungsmotor im Dauereinsatz. 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. ⓘ
Das österreichische Hydrogen Center Austria stellte Ende 2009 unter dem Namen HyCar1 ein Konzeptfahrzeug (Mercedes W211) mit Verbrennungsmotor vor, welches multivalent sowohl mit Benzin, Wasserstoff, Erdgas oder Gasgemischen betrieben werden kann. ⓘ
BMW hat Ende 2009 bekanntgegeben, 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. ⓘ
Das Startup-Unternehmen Keyou gab 2021 bekannt auf Basis eines 7,8-Liter-Motors von Deutz einen Wasserstoffverbrennungsmotor vorrangig für Stadtbusse anbieten zu wollen. Umwelttechnisch bedenklich sein nur die NOx-Werte, die aber mit einer spezifischen Abgasnachbehandlung verschwinden würden. ⓘ
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
Brennstoffzellen-Busse
Brennstoffzellenbusse erzeugen elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle, die Elektromotoren antreibt. Sie haben zumeist eine Antriebsbatterie als Zwischenspeicher und für die Rückspeisung der rekuperierten Bremsenergie, womit sie zu den seriellen Hybridbussen gehören. ⓘ
EvoBus von Daimler
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. Neuere Modelle werden als Mercedes-Benz FuelCell Hybridbusse gefertigt. ⓘ
Brennstoffzellenbusse in Hamburg
In Hamburg waren ab 2004 drei durch Brennstoffzellen und Elektromotoren angetriebene Stadtbusse von Daimler-Benz in der praktischen Erprobung, sechs weitere seit April 2006. Das Projekt der Hamburger Hochbahn AG und Vattenfall Europe hieß HH2. Der Gesamtwirkungsgrad (Well-to-Wheel) der mit Wasserstoff aus Ökostrom betriebenen Fahrzeuge ist allerdings umstritten, da zur Wasserstoffherstellung und Speicherung enorme Strommengen benötigt werden. Der Energieverbrauch der Wasserstoffbusse entsprach etwa einem Dieselverbrauch von 100 Liter auf 100 Kilometer. Diese zweite weiterentwickelte Generation war bis 2010 im Einsatz. Von 2011 bis Ende 2018 war die dritte, deutlich verbesserte Version im Einsatz. Es handelte sich um serielle Hybridbusse, deren Brennstoffzelle mit bis zu 60 % Wirkungsgrad arbeitete und die den Strom in Lithium-Ionen-Batterien speicherte. Dadurch waren rein elektrisches Fahren und Rekuperation möglich. Die zwei Radnabenmotoren hatten je 60 kW Dauerleistung und konnten kurzzeitig bis 240 kW leisten. Der Wasserstoffverbrauch konnte um bis zu 50 % verringert werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad besser wurde. Vier der Busse sind seit 2019 auf dem Werksgelände des Industrieparks Frankfurt-Höchst im Einsatz. ⓘ
Brennstoffzellenbusse in NRW
Beim Regionalverkehr Köln (RVK) wurden von 2011 bis 2016 zwei Phileas Brennstoffzellen-Gelenkbusse des niederländischen VDL-Tochterunternehmens Advanced Public Transport Systems (ATPS) eingesetzt. ⓘ
Vom belgischen Bushersteller Van Hool wurden bei der RVK (Frühjahr 2014: 2 dreiachsige Wagen, ab Herbst 2019: 35 zweiachsige Wagen) und bei den WSW Wuppertaler Stadtwerken (ab 2019) Wasserstoffbusse in Betrieb genommen. Bis Mitte 2020 sollen in der Kölner Region 37 und in Wuppertal 10 Busse in Betrieb stehen. Anfang 2020 folgte eine Bestellung von insgesamt 25 Bussen des Typs Solaris Urbino 12 hydrogen. ⓘ
Brennstoffzellenbusse im Rhein-Main-Gebiet
In Frankfurt, Wiesbaden und Mainz ist der Einsatz von Wasserstoffbussen vorerst gescheitert, weil der polnische Hersteller Autosan nicht liefern kann. Im Januar 2020 wurde die gemeinsame Bestellung von 11 Fahrzeugen aufgehoben. Sie sollten ab Sommer 2019 eingesetzt werden. Die Tankanlage in Wiesbaden für 2,3 Millionen Euro steht ungenutzt rum. Frankfurt will nun 22 Busse bei einem anderen Hersteller ordern. Zwischen Darmstadt und Groß-Umstadt fährt seit Mai 2019 ein Brenstoffzellenbus im Linienbetrieb des Busunternehmers Winzenhöler. In Wiesbaden fahren seit Dezember 2021 im Linienbetrieb die ersten 2 von 10 bestellten Wasserstoffbussen des portugiesischen Herstellers CaetanoBus S.A., in denen eine Brennstoffzelle (PEM) von Toyota verbaut ist. ⓘ
Ursus City Smile
Auf der Hannover Messe 2017 wurde ein neues Elektrobusmodell mit Brennstoffzelle des polnischen Herstellers Ursus vorgestellt. Der Stadtbus Ursus City Smile erreicht durch den Range Extender eine Reichweite von 450 km und kann in etwa acht Minuten voll aufgetankt werden. Der Bus ist 12 m lang, bietet Platz für 76 Passagiere, fährt maximal 85 km/h und hat laut Hersteller einen Wasserstoffverbrauch von ca. 7 kg H2 pro 100 km. Die elektrischen Radnabenantriebe ZAwheel von Ziehl-Abegg erreichen einen Wirkungsgrad von 90 % und eine maximale Leistung von 364 kW. Die Brennstoffzelle mit einer maximalen Leistung von 60 kW lieferte das niederländische Unternehmen HyMove. Die Batterie kam vom deutschen Hersteller BMZ. ⓘ
Toyota Sora
Der Brennstoffzellenbus Sora des japanischen Herstellers Toyota wurde 2017 auf der Tokyo Motor Show vorgestellt. 2018 erhielt der Bus die Zulassung für den Einsatz in Japan. Bis zum Jahr 2020 möchte Toyota – anlässlich der Olympischen Spiele – im Großraum Tokio 200 Fahrzeuge zum Einsatz bringen. Verwendet wird die auch bei dem PKW Toyota Mirai eingesetzte Technik, allerdings mit zwei Elektromotoren. ⓘ