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Joseph J. Romm; Übersetzung: Ben Schwan. -- Romm war stellvertretender Staatssekretär für effiziente Energienutzung und erneu

Wasserstoff-Autos für die ferne Zukunft

Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen-Autos haben derzeit mächtige Rückendeckung. Das US-Energieministerium hat sie zum zentralen Bestandteil seiner Bemühungen im Bereich der sauberen Energien gemacht. Der amerikanische Bundesstaat Kalifornien will in den nächsten Jahren einen "Wasserstoff-Highway" bauen, bei dem im Abstand von jeweils 20 Meilen Wasserstoff-Tankstellen entlang der wichtigsten Autobahnen aufgestellt werden sollen. Der Autobauer General Motors (GM) gibt mehr als ein Viertel seines Forschungsbudgets für Brennstoffzellen-Technik aus. Und Larry Burns, GM-Vizepräsident für Forschung und Entwicklung, sagte im Februar, das Unternehmen werde bis 2010 ein kommerziell tragfähiges Brennstoffzellen-Fahrzeug haben.

Doch trotz des ganzen Hypes: Wasserstoff-Fahrzeuge sind wohl in fast jeder Hinsicht schlechter als die besten Hybrid-Autos wie beispielsweise Toyotas bereits verfügbarer Prius, der mit einem kombinierten Elektro-Benzin-Motor arbeitet. Das gilt in Bezug auf Anschaffungspreis, Reichweite, Treibstoffkosten, Bequemlichkeit und Sicherheit -- und das dürfte bis zum Jahr 2030 so bleiben. Auf absehbare Zeit wird der Prius zudem insgesamt weniger Schadstoffe emittieren als Autos, die mit dem Wasserstoff betrieben werden, der wahrscheinlich an Tankstellen verfügbar sein wird. Und ein verfrühtes Setzen auf Wasserstoff-Autos droht Anstrengungen zu untergraben, das Treibhausgas Kohlendioxid zu reduzieren, das bekanntlich für den globalen Klimawandel verantwortlich ist.

Mindestens drei wissenschaftliche Durchbrüche sind nötig, damit aus dem Wasserstoff-Auto für Endkunden und Umweltschützer gleichermaßen interessant werden. Zusätzlich müsste die Energiepolitik sich radikal in Richtung erneuerbarer Energien wie Wind und Solar verändern.

Verstehen Sie mich nicht falsch -- ich bin sehr für Wasserstoff als einen Treibstoff der Zukunft. Ich war selbst im US-Energieministerium im Programm für saubere Energie tätig und habe geholfen, die Wasserstoff-Technik in den Neunzigerjahren voranzubringen. Damals stieg das Budget für Wasserstoff-Technologien um das Zehnfache. Ich glaube auch, dass Forschung im Wasserstoff-Bereich weiterhin wichtig bleibt, weil das Gas ein großes Potenzial hat, zu einem schadstoffarmen Ersatz für fossile Brennstoffe zu werden. Aber erst nach 2030.

Allerdings lässt es sich weder rechtfertigen noch wäre es klug, in dem Sektor schon jetzt über Forschung und Entwicklung hinauszugehen -- etwa in dem man eine Infrastruktur für die Wasserstoffversorgung baut. Peter Flynn, ein Professor für Ingenieurwesen an der Universität von Alberta, schrieb in einer Studie über kommerzielle Erdgasfahrzeuge folgendes: "Die übertriebene Darstellung ihrer Möglichkeiten haben der Glaubwürdigkeit alternativer Brennstoffe geschadet. Besonders bei großen kommerziellen Einkäufern wurde ihre Akzeptanz dadurch verlangsamt."

Schauen wir uns also einmal an, warum Wasserstoff-Autos längst nicht so weit sind, dass sie bereits heute Sinn machen.

In einer Wasserstoff-Wirtschaft muss der Hauptenergieträger produziert werden, ohne dass es dabei zur Luftverschmutzung kommt. Dieses Ziel ruht auf zwei Säulen: Eine emissionsfreie Quelle für den Wasserstoff und ein Gerät, mit dem der Wasserstoff in nutzbare Energie umgesetzt werden kann -- die Brennstoffzelle.

Wasserstoff ist kein leicht erhältlicher Energieträger wie Kohle oder Windkraft. Es ist an Moleküle wie Wasser (H2O) und Erdgas (vor allem Methan) gebunden, was das Extrahieren und Reinigen teuer und energieintensiv macht. Mehr als 95 Prozent der US-Wasserstoffproduktion erfolgt derzeit aus Erdgas, weil es die billigste Methode ist. Aber es kostet gegenüber der Betankung mit normalem Benzin viermal so viel, auf der Basis von aus Erdgas gewonnenem Wasserstoff eine vergleichbare Energie-Menge in den Tank eines Autos zu bekommen. Wasserstoff aus emissionsfreien Quellen, beispielsweise erneuerbarer Energie, ist sogar noch teurer. Eine echte Wasserstoff-Infrastruktur würde mit der heutigen oder demnächst verfügbaren Technologie mehr als 600 Milliarden Dollar kosten, meint beispielsweise eine breite Studie zu der Thematik, die am Argonne-Nationallabor in den USA angefertigt wurde.

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Brennstoffzellen sind kleine, modulare elektrochemische Geräte, die an Batterien erinnern, allerdings lassen sie sich ständig "befeuern". Eine Brennstoffzelle macht aus Wasserstoff und Sauerstoff Elektrizität und Hitze, die einzige Emission, die dabei entsteht, ist Wasser. Dies klingt nach einer Art Energie-Wunder. Trotzdem blieb der große kommerzielle Erfolg der Technik, deren Anfänge bereits 160 Jahre zurückreichen, bislang aus -- obwohl mehr als 15 Milliarden privater wie staatlicher Dollars in die Entwicklung flossen.


Die technischen Herausforderungen sind enorm. Im September 2003 ermittelte ein Panel des US-Energieministeriums zur zukünftigen Wasserstoff-Wirtschaft, das von der MIT-Physik- und Elektrotechnik-Professorin Mildred Dresselhaus geleitet wurde, dass Brennstoffzellen bis zu hundert Mal so teuer sind wie heutige Verbrennungsmotoren. Das fortschrittlichste System zur Wasserstoff-Speicherung, sehr hoher Druck, besitzt sieben- bis zehnmal weniger Energie pro Volumeneinheit wie Benzin. Hinzu kommt die enorme Kompressionsenergie, die benötigt wird. Erst letzten Monat kam ein hervorragend besetzter Ausschuss an der nationalen Wissenschaftsakademie der USA zu dem Schluss, dass diese Technik "auf lange Sicht kaum Praxiswert" habe. Und ein Bericht der American Physical Society aus dem März meint, dass ein "neuer Werkstoff entdeckt" werden müsste, um das Problem der Speicherung zu lösen.

Das Panel des US-Energieministeriums meint weiter, dass die Kosten der Wasserstoff-Produktion erst um den Faktor vier gesenkt werden müssten, um eine Wasserstoff-Wirtschaft wettbewerbsfähig mit den heutigen fossilen Brennstoffen zu machen. Große Fortschritte seien auch bei der Wasserstoff-Infrastruktur und der Sicherheit vonnöten. Das Panel schließt mit dem Hinweis, dass die heutigen Defizite sich nicht über einzelne kleine Schritte bei der Verbesserung aktueller Technologien beheben lassen, sondern "revolutionäre konzeptionelle Durchbrüche" nötig sind.

Ein kommerziell tragfähiges Wasserstoff-Produkt dürfte deshalb noch sehr lange auf sich warten lassen. Revolutionäre Fortschritte in der Energietechnologie sind rar. Es hat sowohl Wind- als auch Solar-Energie jeweils 20 Jahre und hohe Investitionen von staatlicher und privater Seite gekostet, bis die Preise dafür auf ein Zehntel gesunken sind. Und trotzdem stellen Wind und Solar bislang noch immer weniger als ein Prozent der Stromerzeugung in den USA.

Alternative Treibstoffe für Fahrzeuge haben mit einer noch größeren Herausforderung zu kämpfen: Sie müssen sich gegen die bereits für Billionen Dollar aufgebaute Infrastruktur zur Betankung mit Benzin oder Diesel durchsetzen. In den vergangenen zwei Jahrzehnten gab es zwei größere Versuche mit alternativen Antrieben: Elektro- und Erdgasautos -- und beide sind gescheitert. Dabei sind sowohl Strom als auch Erdgas weit verbreitet und günstig zu haben. Wasserstoff ist dagegen fast nirgendwo erhältlich und im Vergleich teuer. Unsere Fahrzeuge und die Infrastruktur sind auf flüssige Brennstoffe ausgerichtet, die eine hohe Energiedichte haben und leichter zu handhaben sind, als flüchtige Gase wie Wasserstoff.

Nach Gesprächen mit Experten im ganzen Land komme ich daher zu dem Schluss, dass Wasserstoff-Autos bis 2030 wahrscheinlich nicht einmal fünf Prozent Marktanteil haben werden. Beeilen brauchen wir uns bei der Fertigung dieser Fahrzeuge also nicht.

Es ist eine weit verbreitete Fehlannahme, dass Wasserstoff an sich gut für die Umwelt ist. Tatsächlich ist Wasserstoff nicht umweltfreundlicher als die Energiequellen, die zu seiner Erzeugung genutzt werden. "Es ist sehr wahrscheinlich, dass fossile Brennstoffe mehrere Jahrzehnte lang die Hauptgrundlage für Wasserstoff bilden werden", meint der Ausschuss der US-Nationalakademie. Jeder verfrühte Start bei den Wasserstoff-Autos würde zwangsläufig dazu führen, dass der Wasserstoff aus Erdgas, der billigsten Grundlage, produziert würde. Aufgrund der eingeschränkten nordamerikanischen Gasversorgung würde dann Ergas statt Erdöl importiert werden müssen.

Noch wichtiger erscheint mir, dass laut einer MIT-Studie Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit Wasserstoff aus Erdgas insgesamt keinen Vorteil bei der Verringerung der Treibhausgase bringen, wenn man sie mit fortschrittlichen hybriden Benzin-Motoren vergleicht. Die besten neuen Hybrid-Fahrzeuge haben den Verbrauch und damit den Schadstoff-Ausstoß deutlich reduziert. Mit schwefelarmem Benzin kommen aus dem Auspuff eines aktuellen Toyota Prius insgesamt 90 Prozent weniger Emissionen als bei einem durchschnittlichen Neufahrzeug.

Der billigste Wasserstoff dagegen ist schmutzig. So soll der gesamte Stickstoffausstoß dreimal so hoch sein wie bei den besten aktuellen Autos, wenn man auf der Grundlage von Wasserstoff-Tankstationen rechnet, die Royal Dutch/Shell vorgeschlagen hat.


Ebenfalls brisant: Unsere Wasserstoff-Strategie würde Erdgas von besseren Anwendungsfeldern abziehen. Während Fahrzeuge mit Erdgas-erzeugtem Wasserstoff im Vergleich zu Benzin-betriebenen Hybrid-Autos die Treibhausgase nicht reduzieren, würde ein Wechsel auf Erdgas in den Stromkraftwerken die Emissionen deutlich senken. Ein Generator in einem Kohlekraftwerk pustet über 1000 Kilogramm Kohlendioxid pro Megawattstunde in die Luft. Mit Erdgas betriebene Generatoren erzeugen nur 350 Kilogramm Kohlendioxid pro Megawattstunde Strom.

Wenn man eine Megawattstunde Elektrizität aus erneuerbarer Energie erzeugt, um daraus Wasserstoff für ein Brennstoffzellen-Auto zu erzeugen, spart man im Vergleich zum Benzin-Prius rund 230 Kilogramm Kohlendioxid. Das sind immer noch 770 Kilogramm weniger als das, was man sparen würde, wenn man stattdessen auf Kohlekraftwerke verzichten würde -- und zwar ohne Hunderte von Milliarden Dollar für Brennstoffzellen-Autos und Wasserstoff-Infrastruktur auszugeben.

David Keith von der Carnegie Mellon-Universität und Alexander Farrell von der Universität von Kalifornien kamen im Juli 2003 im Wissenschaftsmagazin Science zum selben Ergebnis: "Solange die Kohlendioxid-Emissionen aus der Stromerzeugung nicht fast völlig verschwunden sind, wäre es zur Reduktion von Treibhausgasen wesentlich kosteneffizienter, von Verbrennungs-erzeugter Elektrizität auf Kohlendioxid-neutrale Elektrizität (etwa Wind oder Atomkraft) umzusteigen."

Der US-Kongress will aber nicht einmal ein Gesetz absegnen, mit dem bis 2020 zehn Prozent des Elektrizitätsbedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt wird. Das bedeutet, dass Wasserstoff-Autos erst nach 2030 einen Wert in einer Strategie gegen die globale Erwärmung haben könnten. Eine Analyse des Pacific Northwest-Nationallabors kam in diesem Jahr zu dem Schluss, dass selbst mit technologischen Durchbrüchen und einer groß angelegten Reduktion der Kohlendioxid-Emissionen "Wasserstoff den Transportsektor erst nach 2035 deutlich durchdringen" werde.

Derzeit ist erneuerbarer Wasserstoff im Auto außerdem viel zu teuer -- 1,60 bis 2,65 Dollar würde allein ein Liter Benzin-Äquivalent kosten. Bevor Wasserstoff-Autos eine sinnvolle Konkurrenz darstellen können, brauchen wir einen größeren Durchbruch bei der CO2-neutralen Wasserstoff-Erzeugung, und außerdem entscheidende Fortschritte bei Brennstoffzellen und Wasserstoff-Tanks.

Während wir in den nächsten zwei Jahrzehnten am Wasserstoff weiter forschen, müssen wir die Kohlendioxid-neutrale Stromerzeugung zur obersten Priorität machen, um katastrophale Effekte der globalen Erwärmung zu vermeiden. Eine Gruppe von Forschern am Lawrence Livermore Nationallabor kam 2003 zu dem Schluss, dass wir jeden Tag 410 Megawatt an neuen Energiekapazitäten ohne C=2-Emissionen schaffen müssen, um die Erwärmung bei 4 Grad Celsius zu stabilisieren.

Wasserstoff-Autos mögen schon vor 2030 einen gewissen Wert haben, wenn es darum geht, in stark verschmutzten Städten ganze Diesel-Flotten zu ersetzen. Doch auf dem Massenmarkt werden sie sich bis dahin nicht durchsetzen. Weder die Regierung noch Unternehmen sollten sich an dem Glauben orientieren, dass Wasserstoff-Autos in naher oder mittlerer Zukunft nennenswerten kommerziellen Erfolg haben werden.

Von Joseph J. Romm; Übersetzung: Ben Schwan.

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Romm war stellvertretender Staatssekretär für effiziente Energienutzung und erneuerbare Energien im US-Energieministerium während der Clinton-Regierung.

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