Alternative Fahrzeugantriebe
Welche technischen Optionen haben wir jenseits der batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge (BEV)? Elektrofahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen wären eine solche Option. Es lohnt sich aber auch hier ein etwas genauerer Blick:
Wasserstoff wird durch Elektrolyse aus Wasser mithilfe von Strom hergestellt, dann enorm verdichtet, transportiert, gelagert und schließlich in einer Brennstoffzelle wieder zu Wasser unter Abgabe von Strom umgewandelt. Dieser Strom kann dann z.B. ein Elektrofahrzeug antreiben. Dieser Prozess beinhaltet also viele Umwandlungsprozesse, die den Gesamtwirkungsgrad mindern. Die höchsten zurzeit erreichten Wirkungsgrade von Brennstoffzellen liegen bei ca. 60% [1]. Bei der Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse kann man von einem Wirkungsgrad um ca. 70% ausgehen[2]. Das Problem ist:
Bei der Berechnung des Gesamtwirkungsgrades muss man die einzelnen Wirkungsgrade multiplizieren, also bei den obigen Zahlen sind das 0,6 mal 0,7 also 0,42 oder eben ein Gesamtwirkungsgrad von 42%. Für eine Kilowattstunde Strom aus einer wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle muss man daher ursprünglich fast 2,5 kWh an elektrischer Energie aufwenden. Die Verdichtung, der Transport und die Lagerung verschlechtern den Wirkungsgrad nochmals. Würden wir also den Verkehr nicht auf batteriebetriebene Fahrzeuge, sondern auf mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebene Elektrofahrzeuge umstellen, brauchten wir für den Verkehrssektor mehr als die zweieinhalbfache Strommenge. Auch die Netzstabilisierung durch Rückladung aus den Fahrzeugen in das Stromnetz, die für ein Gelingen der Energiewende fundamental wichtig ist, wäre nicht so ohne weiteres möglich. Ein weiterer erheblicher Nachteil dieser Fahrzeuge ist die fehlende Möglichkeit der Rekuperation, also der Rückspeisung der Bewegungsenergie in den Akku. Gerade diese Eigenschaft macht die Elektrofahrzeuge in den Städten so effizient, da das Beschleunigen und wieder Abbremsen an der nächsten Ampel selbst große und schwere Fahrzeuge, umgerechnet in Dieselkraftstoff, nur gut einen Liter verbrauchen lässt. Um diesen Nachteil zumindest etwas auszugleichen, gibt es Entwicklungen, neben der Brennstoffzelle noch eine Batterie einzubauen, wie es zum Beispiel beim Toyota Mirai[3] implementiert wurde. Das führt dann aber zu noch mehr Technik an Bord und treibt die Kosten empfindlich in die Höhe. Der Sicherheitsaspekt, auf einem Wasserstoff - Drucktank mit 700 Bar zu sitzen, der mit dem uns umgebenden Sauerstoff ein extrem explosives Knallgasgemisch bilden kann, ist ein weiterer Punkt, den man in der Diskussion berücksichtigen sollte.
Brennstoffzellen, wie sie heute in Fahrzeuge eingebaut werden, enthalten als wichtigen Werkstoff Platin. Für eine Brennstoffzelle mit 100 KW Leistung braucht man heute ca. 43g Platin [4]. Das Problem ist: Platin ist extrem selten. Es werden global nur etwa 200 Tonnen davon pro Jahr[5] gefördert und die Produktion von Platin ist alles andere als eine umweltfreundliche und saubere Sache. Allein für die 65 Mio. deutschen Fahrzeuge würde man bei 43g je Fahrzeug 2.795 Tonnen benötigen. Wenn man global auf Fahrzeuge mit Brennstoffzellen umsteigen würde, mit global geschätzten 1,2 Mrd. Fahrzeugen[6], brauchte man mit gut 50.000 Tonnen schlicht das 250fache der derzeitigen jährlichen Weltförderung an Platin[7]. Selbst wenn es gelingt, den Platinanteil in den Brennstoffzellen auf nur noch 25% des heutigen Wertes zu reduzieren, wäre es immer noch mehr als 60mal so viel, wie wir heute fördern können.
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[1] https://www.sonnenseite.com/de/wissenschaft/reversible-brennstoffzelle-bricht-wirkungsgrad-rekord.html
[2] Alexander Stubinitzky: Ökoeffizienzanalyse technischer Pfade für die regenerative Bereitstellung von Wasserstoff als Kraftstoff. In: Fortschritt-Berichte VDI. 6: Energietechnik, Nr. 588. VDI Verlag, 2009, ISBN 978-3-18-358806-0, ISSN 0178-9414.
[3] https://www.toyota.de/automobile/mirai/index.json
[4] https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/news/2019/ISE_Ergebnisse_Studie_Treibhausgasemissionen.pdf Seite 25
[5] https://www.goldsilber.org/artikel/2-peak-platin-produktion-hochpunkt-hubbert.php
[6] https://www.live-counter.com/autos/
[7] https://prd-wret.s3-us-west-2.amazonaws.com/assets/palladium/production/atoms/files/mcs-2019-plati.pdf