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Wasserstoffproduktion

Einer Studie zufolge könnten die EU und Großbritannien eine große Menge an grünem oder blauem Wasserstoff selbst produzieren.

(Foto: dpa)

Wasserstoff-Autos Welche Hersteller Autos mit Brennstoffzellen anbieten

Wasserstoff gilt als ein Energieträger der Zukunft – doch die Autoindustrie hat nur wenige Modelle auf den Markt gebracht. Hersteller, Hintergründe und Perspektiven im Überblick.
24.06.2021 - 08:30 Uhr Kommentieren

Bis 2050 wollen Deutschland und die EU klimaneutral sein. Auf dem Weg dahin forderte Verkehrsminister Andreas Scheuer das Ende von fossilen Verbrennern bis 2035. Politisch zeichnet sich damit die Abkehr von Diesel und Benzin ab.

Doch in der Diskussion um alternative Lösungen setzen große Hersteller wie VW, Daimler und BMW eher auf Batterien als auf Brennstoffzellen. Letztere sorgt für den Antrieb von Wasserstoff-Autos, die durch hohe Reichweiten und schnelles Tanken punkten. Hersteller meiden so genau die Schwachstellen, die Verbraucher davon abhalten, Elektroautos zu kaufen – zumindest solange die Lade-Infrastruktur sich nicht verbessert.

Nur ein paar Hersteller verkaufen tatsächlich Autos, die mit Wasserstoff fahren. Der Markt ist überschaubar. Zwei Pkw-Modelle stehen serienmäßig zum Verkauf: der Toyota Mirai und der Hyundai Nexo.  

Wasserstoff-Autos: Diese Modelle gibt es 2021 in Deutschland zu kaufen

Hersteller:ToyotaHyundai
Modell:Mirai (Limousine)Nexo (SUV)
Reichweite:Bis zu 650 Kilometer*Bis zu 750 Kilometer*
Preis:Ab 63.900 EuroAb 79.000 Euro

* Angaben der Hersteller bei idealen Verkehrsbedingungen

Derzeit ist der Toyota Mirai mit über 12.000 verkauften Fahrzeugen das weltweit erfolgreichste Brennstoffzellen-Auto. Der japanische Autobauer hatte in den vergangenen Jahren mehrfach betont, eine Vorreiterrolle in Sachen Wasserstoffantrieb einnehmen zu wollen. 

Anfang 2021 erschien die zweite Generation des Mirai mit drei Wasserstofftanks und einer Reichweite von bis zu 650 Kilometern. Für eine Tankfüllung brauchen Fahrer laut Herstellerangaben drei bis fünf Minuten. 

Die Konkurrenz kommt aus Korea. 2018 löste der Hyundai Nexo die erste Generation um den Hyundai ix35 Fuel Cell ab. Der Nexo ist ein SUV, der Hyundai zufolge bis zu 750 Kilometer am Stück fährt. Der Wagen kostet 79.000 Euro aufwärts. Etwa 1000 Wasserstoff-Autos hat Hyundai im Jahr 2020 in Europa verkauft

Auf deutscher Seite unternahm Mercedes mit dem GLC F-Cell eine Testfahrt auf dem Markt der Wasserstoff-Autos. Ende 2018 wurde das Modell in Kleinserie und im Leasing-Paket in Deutschland angeboten.

Knapp zwei Jahre später, im April 2020, nahm das Unternehmen den GLC F-Cell wieder aus dem Portfolio. Die Gründe dafür seien unter anderem die technologische Überlegenheit der Batterie sowie die weltweit geringe Anzahl an Wasserstofftankstellen, hieß es damals.

Daimler will der Brennstoffzellentechnologie allerdings nicht komplett den Rücken kehren. So gründete das Unternehmen zusammen mit Volvo im März 2021 das Joint Venture „Cellcentric“, das Brennstoffzellen für Fernverkehrs-Lkws entwickelt.

Konkurrent BMW hatte dagegen bereits auf der IAA 2019 angekündigt, 2022 das SUV-Modell X5 mit Brennstoffzelle auf den Markt zu bringen. Zunächst soll eine Kleinserie entstehen, ab 2025 will BMW dann in größerer Stückzahl produzieren und liefern. 

Insgesamt gehört die Autoindustrie in Deutschland damit nicht zu den Treibern der Wasserstoffwirtschaft. Nach dem Dieselskandal 2015 haben sich die großen Autobauer BMW, Mercedes und Volkswagen vor allem auf die Entwicklung von Hybrid- und Elektroautos konzentriert. Lesen Sie dazu: Das Ende des Verbrennungsmotors ist nah – welche Hersteller wann aus der Technologie aussteigen

Wie funktioniert ein mit Wasserstoff betriebenes Auto?

Vereinfacht erklärt wird in einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt. Maßgeblich an dem Prozess beteiligt sind zwei gasdurchlässige Elektroden im Inneren der Brennstoffzelle – die Anode und Kathode. Beide sind mit einem Katalysator beschichtet und durch eine sogenannten Elektrolytmembran voneinander getrennt.

Der gasförmige Wasserstoff strömt im Betrieb an die Anode, der Sauerstoff wird an die Kathode geleitet. Der Wasserstoff gibt dabei Elektronen ab, die in Richtung der Kathode fließen. Das Ergebnis ist elektrischer Strom, der schließlich den Elektromotor des Autos betreibt. Schließlich reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, das abgeleitet wird. Das Ganze birgt sowohl Vor- als auch Nachteile. 

Die Vorteile von Wasserstoff-Autos

Vor allem die Bundesregierung sieht einige Vorteile in der Wasserstofftechnologie. So lautet das Ziel der nationalen Wasserstoffstrategie, Deutschland international zu einem Vorreiter bei klimaneutral erzeugtem grünen Wasserstoff zu machen und langfristig die Weltmarktführerschaft bei Wasserstofftechnologien zu erlangen. Zwangsläufig wird davon auch die Automobilbranche berührt. 

So liegen die Vorteile von Wasserstoff-Autos gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) vor allem in der Reichweite. Obschon sich die Energiedichte der Batterien in den vergangenen Jahren enorm verbessert hat und damit perspektivisch längere Strecken mit BEVs möglich werden, können Wasserstoff-Autos schon jetzt problemlos 500 bis 600 Kilometer zurücklegen. Dazu nimmt das Volltanken der Wasserstofftanks nur wenige Minuten in Anspruch. 

Darüber hinaus büßt die Brennstoffzelle auch bei Kälte keine Reichweite ein und erlaubt ein schnelles Betanken, ohne dass der Energiespeicher schnell altert. Abhängig davon, woher die Energie zur Wasserstoff-Produktion kommt, kann Wasserstoff so eine nahezu emissionsfreie Mobilität ermöglichen.

Die Nachteile von Wasserstoff-Autos

Wasserstoff kommt in der Natur fast nie ungebunden vor, sondern nur in Kombination mit anderen Elementen, etwa im Wasser. Die Herstellung über die sogenannte Elektrolyse erfordert deshalb Energie – an diesem Punkt büßt das Gas häufig an Überlegenheit ein. Stammt die Energie beispielsweise aus Erdgas oder Braunkohle, sieht die Ökobilanz viel schlechter aus als bei der Energiegewinnung durch Windkraft.

Problematisch ist aus Umweltsicht zudem der Transport von Wasserstoff. Ein 20 Tonnen schwerer Lastwagen kann etwa 350 Kilogramm Wasserstoff befördern. Erstere werden nach wie vor flächendeckend von Dieselmotoren angetrieben.

Da Europas Autohersteller sich nur spärlich dem Ausbau der Wasserstofftechnologie widmen, ist der Markt bislang klein. Das führt nicht nur zu hohen Verkaufspreisen von Wasserstoff-Autos, sondern macht sich auch an der Infrastruktur bemerkbar. So gibt es in Deutschland bislang gut 90 Wasserstofftankstellen. Zum Vergleich: 23.300 Ladesäulen für Elektroautos stehen an deutschen Straßen. 

Wie sicher sind Brennstoffzellen-Autos? 

Dass Wasserstoff-Autos gefährlich als Autos mit Verbrennungsmotoren seien, ist ein Irrtum. Wasserstoff ist weder giftig noch belastet es die Atmosphäre oder den Menschen. Auch die Idee, dass Autos einfach explodieren könnten, ist ein Mythos. Explosiv wird Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff erst ab einem Anteil von 18 Prozent. Da Wasserstoff deutlich leichter als Luft und damit extrem flüchtig ist, entsteht in der Regel kein explosives Gemisch. Von Brennstoffzellenautos geht also keine besondere Explosionsgefahr aus.

Wie zukunftsfähig sind Wasserstoff-Autos?

Ob Wasserstoff sich langfristig für den emissionsfreien Antrieb von Pkws eignet, ist umstritten. Zwar sind die Gastanks deutlich leichter und günstiger als Akkus, allerdings hinkt Wasserstoff bislang bei der Effizienz hinterher.

Experten bemängeln immer wieder hohe Energieverluste, die bereits bei der Gewinnung von Wasserstoff durch die Elektrolyse entstehen. Dabei geht etwa 45 Prozent der enthaltenen Energie verloren. Zusätzliche Energie schwindet, wenn der Wasserstof in der Brennstoffzelle Strom erzeugt.

All das führt dazu, dass dem Wasserstoff häufig bessere Chancen im Transport-Sektor nachgesagt werden – vor allem im Schwerlastverkehr. Zwar ist der Wirkungsgrad vergleichbar gering. Allerdings kommen die Vorteile – deutlich leichtere Gastanks und eine höhere Reichweite – vor allem hier zum Tragen. 

Mehr: Kleine Sprünge – warum Wasserstoff-Autos noch in der Nische unterwegs sind

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