Brennstoffzellen Modellauto

Hintergrundwissen

Treibstoff der Zukunft - Hilft Wasserstoff aus der Energiekrise?

Die Idee ist einfach: Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander zu Wasser und setzen dabei Energie frei – Energie, die das Auto der Zukunft antreiben könnte. Einziger „Schadstoff", der bei dieser Reaktion entsteht, ist tatsächlich Wasser.

Eine wichtige Frage für alle Autofahrer: Wie wird das Fahrzeug in Zukunft angetrieben? Bild: Pixelio.de, Jurec

Die Explosionsfreudigkeit dieser Gase – so manchem aus der Chemiestunde vertraut - ist zugleich das Potenzial für die neue Art der Energiegewinnung. Ingenieure nutzen das Prinzip der Knallgasreaktion in den Brennstoffzellen. Dort führen sie Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert zusammen. Der große Vorteil neben fehlenden Schadstoffen: Der Vorrat an Wasser und damit an Wasserstoff ist nahezu unerschöpflich. Der Nachteil: Auch die Gewinnung von Wasserstoff kostet Energie. Zudem ist sein Transport nicht ungefährlich.

Hoffnungsträger Brennstoffzelle

Das Zauberwort für die neue Art der Energiegewinnung heißt Brennstoffzelle. Sie kann aus einem Brennstoff – zum Beispiel aus Wasserstoff – und Sauerstoff direkt Strom produzieren. In einer Brennstoffzelle läuft die aus dem Chemieunterricht bekannte recht heftige Knallgasreaktion zwischen beiden Stoffen kontrolliert ab.

Ein Blick in die Brennstoffzelle

Brennstoffzellen bestehen aus einer Anode, also einem positiven Pol, und einer Kathode, dem negativen Pol. Auf der einen Seite wird Wasserstoff zugeführt, auf der anderen Seite Sauerstoff. Beide wollen sich wieder zu Wasser verbinden. Die Membran lässt aber nur einen Teil des Wasserstoff-Atoms durch - das positiv geladene Proton. Das negativ geladene Elektron dagegen muss einen Umweg nehmen: Es fließt elektrischer Strom.

Energiegewinnung - Problem und Chance zugleich

Das Problem: Auch Wasserstoff entsteht nur durch den Einsatz von Energie, denn er muss aus chemischen Verbindungen, zum Beispiel von Wasser, abgespalten werden. Wasserstoff wird deshalb erst dann ein sinnvoller Energielieferant sein, wenn er selbst umweltfreundlich hergestellt werden kann.

Strom stammt heute zu zwei Dritteln aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Erdgas. Sollten heute alle Autos in Deutschland mit Wasserstoff fahren, müsste man zur Stromerzeugung 100 bis 200 neue Kraftwerke bauen. Nur regenerative Energien können das Problem umweltschonend lösen. Doch sie liefern momentan erst sechs Prozent unseres Stroms. 14.000 Windkraftanlagen stehen bereits in Deutschland. Doch für den Betrieb von Wasserstoffautos bräuchten wir noch 30 Mal so viele. Unsere Republik verschwände regelrecht in einem Wald aus weißen Stahlmasten.

Solarfelder in der Wüste

Viele Ingenieure schwören deshalb auf Solarenergie. Das Problem dabei: In Deutschland scheint die Sonne viel zu selten, um ausreichend Strom zu erzeugen. Die Lösung könnte sein, Solarzellen in der Wüste aufzubauen. Dort scheint die Sonne jeden Tag. Soll unser Straßenverkehr auf Wasserstoff umgestellt werden, müsste eine Wüstenfläche von 60 mal 60 Kilometern mit Solaranlagen bebaut werden. Jedoch ist in der Wüste das Wasser knapp, so dass hier nicht zugleich Wasserstoff hergestellt werden kann. Eine Hochspannungsleitung müsste den Saharastrom nach Europa transportieren, um dann – beispielsweise in Italien – Wasserstoff zu erzeugen. Um Wasserstoff transportieren zu können, muss man ihn verflüssigen. Das geschieht beispielsweise durch extreme Kühlung. Das flüssige Gas hat eine Temperatur von minus 253 Grad – und ist nicht ungefährlich.

Autos als Kraftwerke auf Rädern

Einige Autohersteller setzen bereits auf Wasserstoff in Verbindung mit der Brennstoffzelle. In diesem kleinen Kraftwerk wird der Strom an Bord produziert. Er entsteht durch die Verbindung von Wasserstoff mit Sauerstoff und treibt einen Elektromotor an. Neben ihrer Umweltverträglichkeit haben Wasserstoffautos noch weitere Vorteile: Ihr Antrieb steckt platzsparend im Fahrzeug-Boden, die Karosserie wird aufgesetzt – das schafft Raum. Das Getriebe benötigt keine Schaltung und der Motor ist äußerst leise. Der Elektromotor leistet zudem aus dem Stand ein sehr hohes Drehmoment und beschleunigt schneller als ein Benziner.

Explosive Energie

Die Gefahr für den Menschen, sich durch den Kontakt mit Flüssiggas Erfrierungen zuzuziehen, besteht zum Beispiel beim Tanken. Eine mögliche Lösung: An der Wasserstoff-Tankstelle übernimmt ein Roboter. Eine spezielle Kupplung müsste zudem verhindern, dass Gas entweicht. Würde sich Wasserstoff mit Luft vermischen, käme es zur Explosion. Um diese Gefahr zu verhindern, baut man die Autotanks aus doppelwandigem Spezialstahl. Aluminiumfolie dient zur Wärmedämmung. Ein Tank für 450 Kilometer Reichweite wiegt rund 100 Kilogramm. Damit der Inhalt bei einem Unfall kein Feuer fängt, werden Tank und Kraftstoffleitungen aufprallsicher verlegt. Crashtests zeigen: Die Tanks überstehen selbst extreme Zusammenstöße. Sicherheitsventile verhindern zusätzlich, dass das Gas explodiert.