Am Highway qualmt nur Wasserdampf

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Der Wasserstoffmotor und die Brennstoffzelle gelten als Antriebsalternative für eine umweltfreundliche Mobilität. Doch kein Wandel ohne Tücken: Mangelnde Infrastruktur und physikalische Eigenheiten bremsen.

Die Zukunft der Mobilität liegt im Wasser. Jedenfalls, wenn es nach den Ingenieuren von Wasserstoffverbrennungsmotoren geht. 
Die Gründe: Wasserstoff hat in vielen Industrieländern das größte Potenzial für eine langfristige Substitution von rohölbasiertem Kraftstoff. Wasserstoff hat den Vorteil, aus nahezu allen Primärenergien, von Kernenergie bis zur Biomasse, hergestellt werden zu können. Als Endprodukt, in verflüssigter Form, ist er frei von Schadstoffen, wie man sie von fossilen Kraftstoffen her kennt.
„Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe und der steigenden Umweltbelastung durch Schadstoffemissionen sind wir überzeugt, dass der Wasserstoff-Verbrennungsmotor eine wichtige Position als alternativer Antrieb einnehmen wird“, sagt Raymond Freymann, Geschäftsführer von BMW Forschung und Technik. BMW sieht sich als ein Pionier für diese Art von Antrieb und hat auch schon die 7er-Serie mit einem entsprechenden Wasserstoffmotor ausgerüstet.

Stein der Weisen
Dennoch der Weg ist noch weit. Zwar scheint mit dem Prinzip Wasserstoff als Energieträger der Stein der Weisen gefunden worden zu sein: Bei der Arbeit eines Wasserstoffverbrennungsmotors entsteht nämlich hauptsächlich Wasserdampf, da bei der Verbrennung nur Wasserstoff und Sauerstoff beteiligt sind. Das heißt, es gibt kaum Abgase und es ist keinerlei Erdöl im Spiel. Auch ist die Wasserstoffherstellung auf viele verschiedene, nicht allzu aufwendige Arten möglich, darunter auch die Gewinnung aus Biomasse. Die Abgase enthalten keinen Feinstaub, und der Wirkungsgrad von Wasserstoffverbrennungsmotoren ist deutlich besser als der von Benzinmotoren.
Doch auf der anderen Seite gibt es Hindernisse physikalischer Art, die erfordern, dass für einen möglichen Massenbetrieb erst die richtigen Lösungen gefunden werden müssen. So hat Wasserstoff als Treibstoff sehr schlechte Schmiereigenschaften und erfordert daher hochwiderstandsfähige Materialien im Brennraum (Zylinder). Weiters muss reiner Wasserstoff unter relativ hohem Druck in einem Metalltank im Auto mitgeführt werden und ist durch die Gefahr unvorhergesehener Reaktion mit Sauerstoff (Knallgasreaktion) ein Sicherheitsrisiko.
Und zu alldem kommen die grundlegenden Probleme aller Alternativkraftstoffe, nämlich die Tankinfrastruktur und die Servicierung der Fahrzeuge – Aspekte, bei denen Hybrid- und Elektrofahrzeuge momentan die Nase vorn haben. Der Wasserstoff braucht komplizierte Lagerungssysteme und muss auch anders transportiert werden, und an den Tankstellen muss auch viel geändert werden. Dazu ist zwar der Wirkungsgrad höher, aber der Energiegehalt wiederum geringer, und die Autos können mit einer Tankfüllung nicht so weit fahren.
Ein Grund, warum BMW-Vorstandschef Norbert Reithofer auf der Internationalen Automobilausstellung in Frankfurt im September auch zugeben musste, dass „die alternative Antriebsform weiter in der Zukunft liegt als ursprünglich geglaubt“.
Und so hat der BMW Hydrogen im Vergleich zu seinen Hybridkollegen (Batterie/Benzin) noch durchaus seine Tücken. Der Wagen, ein Zwölfzylinder, führt in einem enormen Tank auf minus 250 Grad abgekühlten, flüssigen Wasserstoff mit sich. Für den Fahrbetrieb wird aus der Flüssigkeit ein Gas, das in ständiger Verbrennung mit Sauerstoff gehalten wird. Die acht Kilogramm Wasserstoff reichen für einen Fahrbetrieb von etwa 200 Kilometern.
Das Grundproblem für einen weitflächigen Einsatz von Wasserstoff wird auch in Zukunft eine geeignete Tankstelleninfrastruktur bleiben. Wasserstoff muss unter hohem Druck gekühlt transportiert und gespeichert werden. Andere Speicherformen wie Nanotubes oder Metallhydrid-Speicher sind noch in der Erprobungsphase. Das stellt gewaltige Bedingungen an den Transport des Treibstoffs, ebenso an die Lagerung und Betankung. Entsprechend wundert es nicht, dass es noch keine Tankinfrastruktur für Wasserstoff gibt. Bis es zu einer Serienreife von Wasserstoffautos kommt, wird es nach Einschätzung der Branche daher noch mindestens zehn Jahre dauern.
Bis dahin kann Wasserstoff aber allerdings auch andere Dienste leisten, und zwar in der Wasserstoffbrennstoffzelle in Hybrid- und Elektroantrieben Das Prinzip hierbei: Es wird in einer galvanischen Zelle aus Wasserstoff Strom erzeugt, also aus chemisch gebundener Energie ohne weitere Umwandlungen direkt elektrische Energie gewonnen.

Langsame Entwicklung
Insgesamt verläuft die Entwicklung der Brennstoffzelle zu einem serienreifen Produkt wohl langsamer als erwartet. Es gibt zwar schon Prototypen, die im regelmäßigen Einsatz sind, aber bei der Kostenreduzierung steht der entscheidende Durchbruch noch aus. 
Auch sind bei Weitem noch nicht alle technischen Probleme endgültig gelöst. Dazu zählen der Schutz der empfindlichen (und teuer zu ersetzenden) Kunststoffmembran in der Zelle vor einfrierendem Wasser und der Schutz der ganzen Anlage vor zu hohen Temperaturen. Es sind die besonderen Materialanforderungen zum Beispiel an die Membrane wie Leitfähigkeit, Elastizität, Unempfindlichkeit gegen Schock und ein bestimmtes Quellverhalten, die einer kostensparenden Serienproduktion noch im Wege stehen.
Wie so oft hilft ein Blick auf die Ökobilanz der Brennstoffzelle, um die wahren Möglichkeiten zu erkennen, die sie zum Schutz der Umwelt zu leisten imstande ist. Der Forscher Paul Kruger von der kalifornischen Stanford-Universität hat errechnet, dass 250 Mrd. Kubikmeter Wasserstoffgas nötig wären, um allein den für Kalifornien prognostizierten Kfz-Verbrauch 2010 zu decken. 
Zur notwendigen künstlichen Erzeugung dieser Menge wären 74.000 Megawatt Strom erforderlich. Das entspricht der Leistung von 70 Atommeilern.
Wie man es also dreht und wendet: Die umweltneutrale Energiequelle scheint nicht und nicht am Horizont aufzutauchen.