Der Mythos vom schlechten Wirkungsgrad des Wasserstoff-Antriebes

Die vielen Kritiker der Verwendung von Wasserstoff für emissionsfreie Antriebe argumentieren fast alle mit dem schlechten Wirkungsgrad und dessen Erzeugung und Umwandlung in Strom.

Leider machen sich nur wenige die Mühe, dieses Thema ganzheitlich zu betrachten.

Hier ein Versuch:

Was ist überhaupt ein Wirkungsgrad? Er beschreibt die Effizienz einer technischen Einrichtung oder Anlage als Verhältnis von nutzbarer Energie zur zugeführten Energie. Ein einfaches Beispiel ist die Glühbirne, die einen Wirkungsgrad von etwa 5% hat. 95% des eingesetzten Stromes gehen als Wärme verloren. Diese Ineffizienz hat zur Folge, dass wir nicht mehr Kraftwerke für die Stromerzeugung brauchen, sondern dass wir auch viel Geld für etwas bezahlen, was wir nicht wollen (hier die Wärme). Eine LED-Leuchte hat dagegen einen Wirkungsgrad von 30-40%.  Deshalb wurden die Glühbirnen in der EU verboten.

Ähnlich ist es mit dem Verbrennungsmotor. Bei modernen Verbrennungsmotoren liegt der Wirkungsgrad aufgrund des physikalischen Prinzips (Wärmekraftmaschine) bei 20 bis 25%. Etwa drei Viertel der Energie, die im Benzin steckt, fällt als Abwärme an. Nur ein Viertel dient der Fortbewegung. Das ist ein Durchschnittswert. Bei relativ hohen Leistungen des Motors ist der Wirkungsgrad höher. Wenn ich aber an der Ampel oder im Stau stehe, dann ist der Wirkungsgrad Null – der Motor verbraucht Benzin ohne das Auto zu bewegen. Und auch hier gilt: je schlechter der Wirkungsgrad umso mehr muss ich für den Sprit bezahlen.

Wie ist es nun bei Elektro-Antrieben? Aufgrund eines anderen physikalischen Prinzips ist der Wirkungsgrad sehr viel höher. Bei einem E-Antrieb mit Batterie liegt der bei etwa 80% (ohne die Verluste beim Laden) und bei einem E-Antrieb mit Brennstoffzelle bei etwa 60%. Allerdings bekomme ich hier die Wärme für Heizung „kostenlos“ mitgeliefert. Diese Werte hängen direkt mit den Verbrauchswerten pro 100 km zusammen, die auf den Verkaufsprospekten angegeben sind: für eine größere Limousine sind das zum Beispiel 25 Kilowattstunden (kWh) mit einen Batterie-Antrieb, oder 0,9 kg Wasserstoff (das sind 30 kWh) für einen Brennstoffzellen-Antrieb oder 5 l Diesel (das sind 130 kWh) für einen Verbrennungsmotor.

Also ist doch die Batterie die bessere Lösung?

 

 

Jetzt stellt sich die Frage, wo der Strom zum Laden oder für die Erzeugung von Wasserstoff herkommt und wieviel der „Kraftstoff“ dann kostet. Dabei sollten wir voraussetzen, dass der Strom aus Erneuerbaren Energien kommt, also größtenteils durch Wind und Sonne. Beides steht jedoch alles andere als gleichmäßig zur Verfügung. Nachts und bei wenig Wind muss ich den Strom, den ich zum Laden der Batterie brauche, zwischenspeichern. Das kostet Wirkungsgrad und kostet Geld. Und dann gibt es Zeiten, an denen viel mehr Strom aus Wind und Sonne zur Verfügung steht und sehr billig ist. Was mache ich aber mit dem überschüssigen Strom? Die beste Lösung ist es, den Strom in Wasserstoff umzuwandeln und diesen dann zu speichern. Der Wirkungsgrad dafür liegt bei etwa 70%. Nachdem der Strom im Überschuss zur Verfügung steht und häufig sogar zu negativen Preisen verkauft wird (ich bekomme Geld, wenn ich den Strom abnehme) macht es eigentlich keinen Sinn, hier noch den Wirkungsgrad mit einzurechnen. Denn die Alternative wäre, den grünen Strom abzuregeln (= vernichten).

Was ist die Schlussfolgerung? In einerWelt, in der der Strom aus Erneuerbaren Energien kommt, gibt es Zeiten, in denen der Strom in großen Mengen im Überschuss vorhanden und damit sehr billig ist. Es gibt auch Zeiten, in denen der Strom knapp und teuer ist. Die Brücke dazwischen ist Wasserstoff, der relativ einfach gespeichert und transportiert werden kann und dann auch als Kraftstoff zur Verfügung steht.

Ganzheitlich betrachtet gibt es deshalb weder beim Wirkungsgrad noch bei den Kosten große Unterschiede zwischen dem Tanken von Strom oder von Wasserstoff. Und ohne Wasserstoff ging viel des grünen Stromes verloren.

 

 

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6 Kommentare zu „Der Mythos vom schlechten Wirkungsgrad des Wasserstoff-Antriebes“

  1. Leider werden in dem Artikel die Kompession und die Speicherung unterschlagen. Auch der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle liegt lt. Frauenhofer bei ca. 50%. D.h. ich brauche für ein FC Auto ca. 3 mal soviel Strom wie für ein BEV.
    Nichtsdestotrotz muss der Überschuss im H2 umgewandelt werden und in der Industrie, in Flugzeugen, Schiffen und vielleicht im LKW eingesetzt werden. Das Auto kommt erst dran wenn wir genügen grünen Strom haben und dies wir frühestens irgendwann im nächsten Jahrzehnt sein und dann zahle ich immer noch 3 mal so viel wie für das BEV.

    1. Werner Tillmetz

      Die Details habe ich bewußt ignoriert, auch beim Batteriefahrzeug, bei dem das Schnellladen und das Heizen des Fahrgastraumes und der Batterie gerne ignoriert werden.
      Der batterie-elektrische Antrieb ist nur dann besser, wenn zeitgleich zum Laden sehr viel Sonne scheint oder sehr viel Wind weht. Muss der Strom zwischengespeichert werden (in Form von Wasserstoff), dann gibt es keinen Vorteil des Batterie-Fahrzeuges mehr.

  2. Was hier bewusst oder unbewusst nicht berücksichtigt wird ist die für die Erzeugung des H2 nötige Energie. Die liegt für 1kg H2 bei ca. 55kWh plus ca 5kW für Komprimierung / Transport / Bereitstellung / Befüllung. Da ist das Fahrzeug noch nicht einen Meter gefahren. Mit der Energiemenge legt ein BEV bereits 250-300km zurück inkl. Klimaanlage. Mein Fahrzeug liegt derzeit bei knappen 19kWh. Wenn ich jetzt 20% Ladeverluste berücksichtige fahre ich mit 60kWh knappe 260km. Da steht das H2 Auto noch. Für 100km benötigt ein H2-Auto ~0,8kg H2. Um also auf meine 260km zu kommen knappe 2kg. Was gleichbedeutend mit 120kW (!) in der Herstellung ist. Alleine mit der Energie die zur Herstellung nötig fahre ich Kreise um das Wasserstoffauto. Ja die Reichweite ist höher, das tanken geht mittlerweile auch schnell aber selbst wenn der gesamte Strom „grün“ erzeugt wird ist H2 für PKW eine reine Energieverschwendung. Wir müssen die Energie die wir haben so sinnvoll wie möglich nutzen. Da macht es doch keinen Sinn erst mit (viel) Strom H2 herzustellen diesen dann in ein Auto zu tanken und wieder zu Strom zu machen der übrigens auch in einem H2 Auto in einem Akku gepuffert wird. Dann direkt in den Akku und gut. Um auf Ihre Schlussfolgerung einzugehen, macht es da nicht eher sinn den Wasserstoff bei Energieüberschuss zu erzeugen und bei „Mangel“ in Gasturbinen mit Kraft-Wärme-Kopplung zu „verbrennen“. Der Wirkungsgrad wäre um längen besser als in der Brennstoffzelle im PKW.

    1. Werner Tillmetz

      Genau diese, sehr verbreitete Betrachtung ist nicht zu Ende gedacht. Ich habe die Verluste bei der Erzeugung von Wasserstoff sehr wohl berücksichtig. Die Kernfrage ist doch, woher kommt der Strom zum Laden der Batterie? Den hohen Wirkungsgrad erziele ich doch nur, wenn bedarfsgerecht ausreichend viel Sonnen- und Windstrom bereit steht. Was mache ich Nachts und bei Flaute? Warten bis wieder die Sonne scheint oder der Wind weht? Das kann lange dauern! Und bei Stadtbussen und Nutzfahrzeugen bleibt nur Nachts ausreichend Zeit zum Laden. Kommt der Strom aus einer Gasturbine oder aktuell primär aus dem Kohlekraftwerk, dann liegt der Wirkungsgrad der Stromerzeugung bei 40%. Multipliziert mit dem Wirkungsgrad der Batteriefahrzeuges und der Ladesäule liegt dann der Gesamtwirkungsgrad unter 30%. Da ist ein Wasserstoff-E-Antrieb besser – vor allem im Winter, wenn die Energie zum Heizen des Fahrgastraumes „kostenlos“ von der Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt wird.

      1. Ganz schön wilde Hypothesen zur Stromerzeugung und -verbrauch… für jemanden der hier einen faktenbasierten Ansatz proklamiert würde ich mir dazu mal Zahlen wünschen.
        Und wenn Wasserstoff als Energiespeicher dienen soll, dann sollte man den Überschuss doch direkt am Erzeugungsort wieder in Strom umwandeln und nicht in ein Auto tanken. So habe ich immer die beste Energie im Tank, je nachdem wann ich lade.
        Aber gut, ich denke eine neutrale Diskussion ist auf dieser Plattform nicht möglich

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