Wasserstoffautos: So funktionieren sie!

Von Manu 30 Juni, 2023

4 minutes

Wenn du dich für alternative Antriebe interessierst, hast du sicherlich schon mal von Wasserstoffautos gehört. Die mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellen-Fahrzeuge stellen eine umweltfreundliche Option gegenüber Verbrennungsmotoren dar. Denn mit einem Wasserstoffauto bist du lokal emissionsfrei unterwegs.

Doch wie funktioniert dieser nachhaltige Antrieb eigentlich? In unserem Beitrag erläutern wir die Funktionsweise der umweltfreundlichen Autos und deren Zukunftschancen.

Die Vor- und Nachteile von Wasserstoffautos

Viele Fahrzeughalter:innen stellen sich angesichts des voranschreitenden Klimawandels die Frage „Wie kann ich umweltbewusst fahren?“. Hierzulande haben sich bislang besonders Hybridautos und Elektroautos als alternative Antriebe durchgesetzt. Doch auch das Wasserstoffauto kann durchaus mit bedeutenden Vorteilen aufwarten.

Damit du dir einen Überblick verschaffen kannst, haben wir dir die wichtigsten Vor- und Nachteile zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Lokale Emissionsfreiheit	Wasserstoff muss industriell hergestellt werden
Geringe Tankzeit	Fossile Energien werden verbraucht
Enorme Reichweite	Wenige Tankstellen
Hält extremer Kälte stand	Geringe Modellauswahl
Hohe Sicherheit bei Unfällen	Technik noch verbesserungswürdig

Grundsätzlich überzeugt das Wasserstoffauto durch seine kurze Tankzeit von circa fünf Minuten und kann gleichzeitig mit der Reichweite eines Dieselautos mithalten. Des Weiteren hält der Motor Temperaturen von bis zu -30 Grad Celsius stand und springt ohne Probleme an.

Dem entgegen stehen die umweltbelastende Herstellung und die geringe Anzahl an Wasserstoff-Tankstellen. Außerdem gibt es heute nur wenige Modelle, die zudem noch recht teuer sind.

Unser Tipp: Wenn du dein Wissen über alternative Antriebe erweitern willst, sind diese Beiträge vielleicht etwas für dich:

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Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

Ein Wasserstoffauto erhält seinen Antrieb aus einer Brennstoffzelle, die gasförmigen Wasserstoff verbraucht. Durch die Reaktion mit Sauerstoff entsteht ein chemischer Prozess. Durch diesen wird die im Wasserstoff eingelagerte Energie als Strom entlassen, welcher den Elektromotor antreibt.

So gesehen kann ein Wasserstoff-Fahrzeug als Elektroauto gesehen werden, das keine schädlichen Stoffe ausstößt. Während des Fahrens wird nur ungefährlicher Wasserdampf abgegeben.

Darüber hinaus ist die Funktionsweise des Wasserstoffautos äußerst effizient, da Reichweiten von bis zu 700 Kilometern möglich sind.

Technik der Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle zählt zu den galvanischen Zellen. Das bedeutet, dass sie elektrische Energie aus chemischer Energie gewinnt, nahezu wie eine Batterie. Im Gegensatz zu einer Batterie ist der Brennstoff jedoch nicht fest eingebaut, sondern gelangt stetig aus dem Tank zur Anode. Parallel dazu wird ein Oxidationsmittel (Sauerstoff oder Luft) zur Kathode geleitet.

Nun folgt die sogenannte kalte Verbrennung, da für die chemische Reaktion zwischen Wasser- und Sauerstoff keine Energie von außen benötigt wird. Im weiteren Verlauf wird Strom erzeugt, als Abfallprodukt entsteht ungefährlicher Wasserdampf. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren erfolgt also kein CO2 Ausstoß.

Der Vorteil der kalten Verbrennung liegt im Verzicht auf unerwünschte Verbrennungsprodukte. Außerdem können die Brennstoffzellen bei Temperaturen von 0 bis 100 Grad Celsius arbeiten und verursachen dabei keine störenden Geräusche.

Die Reaktion der Brennstoffzelle

Das Herzstück der Brennstoffzelle bilden zwei Elektroden, die als Anode und Kathode bezeichnet werden. Ein gasundurchlässiger Elektrolyt trennt sie voneinander. Beide Elektroden besitzen einen Katalysator, welcher beispielsweise mit Nickel oder Platin beschichtet ist.

Die Funktionsweise der Brennstoffzelle lässt sich am besten am Beispiel der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle erklären. Sowohl die Anode als auch die Kathode erhalten Wasserstoff. In der Anode kommt es unter der Abgabe von Elektronen zur Oxidation, sodass Protonen entstehen. Die Elektronen wiederum werden durch einen äußeren Kreislauf zur Kathode geleitet. Dabei fließt Strom. Gleichzeitig diffundieren die Protonen über den Elektrolyten zur Kathode.

An dieser Stelle entsteht aus den verschiedenen Komponenten Wasser. Dieser ganze Vorgang setzt sich im Kreislauf fort, so kommt es zu einer kontinuierlichen Bildung von Energie, Wasser und Wärmeenergie.

So funktioniert der Elektrolyse-Prozess

Die Polymer-Elektrolyt-Membran, die in der Brennstoffzelle arbeitet, trennt Wasserstoff und Luftsauerstoff. Auf diese Weise wird jeweils eine Elektrode mit dem entsprechenden Stoff umspült.

Da die Membran nur Wasserstoff-Ionen durchlässt, spalten sich die Wasserstoffmoleküle in Ionen und Elektronen auf. Daraufhin bahnt sich das Wasserstoff-Ion seinen Weg durch die Membran zur Kathode. Es kommt zur Verbindung mit dem Sauerstoff. Infolgedessen entsteht Wasser.

Die Wasserstoff-Elektronen hingegen können die Membran nicht durchdringen und müssen den längeren Weg von der Anode zur Kathode wählen. Dabei wird das gewünschte Endprodukt gebildet: Strom!

Wie viele Wasserstofftankstellen gibt es?

Das Wasserstoffauto ist zwar emissionsfrei und energiesparend, jedoch treten spätestens bei der Suche nach einer geeigneten Tankstelle Probleme auf. In Deutschland sind zurzeit nur knapp 100 Wasserstofftankstellen verortet. Laut Regierung soll sich diese Zahl bis Ende 2021 auf 130 Tankstationen erhöhen. Im Vergleich zu Elektroauto-Ladestationen stellt das eine sehr ernüchternde Entwicklung dar.

Wenn du mit deinem wasserstoffbetriebenen Auto in den Urlaub fahren möchtest, wird es noch problematischer. Unsere Nachbarländer können nicht mehr als fünf Tankstellen vorweisen. Somit wird eine entspannte Urlaubsfahrt ein Ding der Unmöglichkeit. Um eine der wenigen Tankstellen ausfindig zu machen, kannst du die digitale Karte für Wasserstofftankstellen des Betreibers H2 Mobility verwenden.

Übrigens: Wir erklären dir auch, was passiert, wenn du einmal falsch getank hast.

So wird Wasserstoff hergestellt

Da Wasserstoff atomar oder gasförmig auf der Erde quasi nicht natürlich vorkommt, muss er mit Hilfe von Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. Für diesen Vorgang benötigt man einen Elektrolyt, sowie Gleichstrom. Infolgedessen kommt es zur Spaltung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff.

Im Moment kann der Bedarf an Wasserstoff nur zu zwei Prozent aus nachhaltiger Energie gedeckt werden. Der restliche Bedarf ergibt sich aus Kohlenwasserstoffen wie Erdgas oder Erdöl.

Wenn du mehr über Erdgas oder das nachhaltige LPG Autogas als Antrieb erfahren möchtest, legen wir dir übrigens unsere Beiträge Erdgasauto und LPG Autogas ans Herz.

Ist Wasserstoff gefährlich?

Die Arbeit mit Wasserstoff erfordert andere Sicherheitsvorkehrungen als die Arbeit mit Benzin. Wasserstoff weist ein breiteres Spektrum an Zündfähigkeit auf, was die Bauteile und Sicherheitsaspekte der Fahrzeuge zu strengeren Auflagen verpflichtet. Dementsprechend müssen individuelle Prüfungen hinsichtlich des Drucks, der Dichte sowie der Berst- und Feuersicherheit erfolgen. Die in Europa geltenden Sicherheitsvorgaben für Crashtests unterscheiden sich jedoch nicht von herkömmlichen Verbrennungsmotoren.

Wasserstoff ist also nicht gefährlicher als andere Antriebsmittel. Im Gegenteil: Er ist sogar ungefährlicher als bei einem Auto mit Verbrennungsmotor. Zwar gilt eine bestimmte Mischung von Wasser- und Sauerstoff als explosiv, jedoch kommt dieses Verhältnis durch die extreme Flüchtigkeit des Wasserstoffs fast nie zustande. Demnach ist die Brandgefahr bei einem Unfall mit einem Wasserstoff-Fahrzeug geringer als bei einem Benzin- oder Dieselfahrzeug.