Wasserstoffantrieb

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Ein Wasserstoffantrieb nutzt Wasserstoff als Treibstoff oder Kraftstoff. Im Wesentlichen lassen sich folgende Konzepte unterscheiden:

die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor - siehe auch: Wasserstoffverbrennungsmotor
die Umsetzung in einer Brennstoffzelle mit nachgeschaltetem Elektromotor - siehe auch: Brennstoffzellenfahrzeug
die Nutzung als Treibstoffkomponente in Raketen - siehe auch: Raketentreibstoff

Für den Einsatz in Wasserstoffflugzeugen ist die Verbrennung in Gasturbinen vorgesehen.

Inhaltsverzeichnis

1 Treibstoff und Abgase
2 Erzeugung
3 Speicherung
4 Anwendungsbeispiele
- 4.1 Erste serienreife Fahrzeuge
5 Zukunft
6 Unfallrisiko bei Wasserstoffahrzeugen
7 Literatur
8 Weblinks
9 Quellen

[Bearbeiten] Treibstoff und Abgase

Wasserstoff ist keine Primärenergie, sondern ein künstlich zu erzeugender Energieträger. Zu seiner Herstellung ist Energie erforderlich, die bei der chemischen Reaktion im Motor oder in der Brennstoffzelle wieder freigesetzt wird.

Die Abgase einer Brennstoffzelle bestehen aus reinem Wasserdampf.

Die Abgase bei Wasserstoffverbrennung in einer Luft atmenden Verbrennungskraftmaschine enthalten zusätzlich Stickstoffmonoxide, die bei den hohen Temperaturen im Brennraum aus dem in der Luft enthaltenen Stickstoff entstehen. Bei den mit Wasserstoff möglichen hohen Luftüberschüssen entsteht jedoch weit weniger Stickoxid als bei anderen Kraftstoffen. Bei Kolbenmotoren gelangen weiterhin Spuren von CO₂, CO und Kohlenwasserstoffen in das Abgas, die von der unvollständigen Verbrennung des Schmieröls an der Zylinderwand herrühren.

[Bearbeiten] Erzeugung

Die wesentlichen technisch verfügbaren Verfahren zur Wasserstofferzeugung sind die Elektrolyse von Wasser und die thermochemische Konversion kohlenstoffhaltiger Energieträger bei Temperaturen von 300 bis 1000° Celsius. Das älteste Verfahren dieser Art ist die Dampfreformierung. Mit diesem Verfahren wurde früher aus Kohle und Wasserdampf das Stadtgas (Synthesegas) hergestellt, das ca. 60% Wasserstoff enthielt. Durch weitere Prozessschritte kann nahezu der gesamte Energieinhalt des Energieträgers an Wasserstoff gebunden werden. Große Bedeutung hat das Verfahren für Biomasse, denn damit kann, ohne Umweg über die Stromherstellung, Wasserstoff mit hoher Ausbeute gewonnen werden. Kostengünstiger, regenerativ gewonnener Wasserstoff, z. B. Biowasserstoff könnte einen echten Fortschritt für den Antrieb der Zukunft bringen.^[1]

[Bearbeiten] Speicherung

Ein Problem bei der Verwendung von Wasserstoff für den Antrieb von Fahrzeugen stellt die Wasserstoffspeicherung dar. Zur Zeit sind zwei Systeme technisch verfügbar: Die Speicherung von flüssigem Wasserstoff bei tiefen Temperaturen um 20 Kelvin oder die Speicherung von gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck. Beide Konzepte befinden sich in der Erprobung in Fahrzeugen. Konzepte, die noch einen höheren Entwicklungsbedarf haben, sind die Speicherung in Metallhydrid-Speichern oder in Nanotubes.

[Bearbeiten] Anwendungsbeispiele

Im November 2004 eröffnete Aral die erste öffentliche Wasserstoff-Tankstelle Deutschlands am Münchener Flughafen. Vorangegangen war eine 9-jährige Planungs- und Vorbereitungsphase. In diesem Zusammenhang erklärten die Automobilkonzerne BMW und DaimlerChrysler, mit marktreifen Fahrzeugen sei etwa im Jahre 2020 zu rechnen.^[2]

Eine Kleinserie wasserstoffbetriebener Busse wurde von der DaimlerChrysler-Tochter EvoBus gebaut und zur weltweiten Erprobung in Großstädten zur Verfügung gestellt. Da es sich hierbei um Stadtbusse handelt, entfällt das Problem des fehlenden Tankstellennetzes. In der Stadt ist nur eine Tankstelle auf dem Betriebshof des Busbetreibers nötig. 2004 wurden wasserstoffgetriebene Busse in einem gemeinsamen Projekt von DaimlerChrysler, Shell und dem isländischen Umweltministerium in Reykjavík erprobt.

Im August 2004 hatte der TÜV-Rheinland das Wasserstoff-Fahrzeug Hysun3000 zugelassen.

In Hamburg sind seit 2004 drei durch Brennstoffzellen und Elektromotoren angetriebene Busse in der praktischen Erprobung, sechs weitere seit April 2006. Das Projekt der Hamburger Hochbahn AG und Vattenfall Europe heißt HH2^[3].

In Berlin waren zur Fußball-Weltmeisterschaft 2006 zwei Busse mit Wasserstoffverbrennungsmotor im Dauereinsatz. Sie legten dort 8.500 Kilometer zurück und werden im Laufe des Jahres 2006 in Berlin-Spandau den Linienbetrieb aufnehmen. 10 weitere Busse werden 2007 hinzukommen, für 2009 plant Berlin die Anschaffung von 250 Bussen mit Wasserstoffantrieb.

[Bearbeiten] Erste serienreife Fahrzeuge

Mazda verleast seit März 2006 Wasserstoff RX-8 und ist somit der erste Autohersteller, der ein Fahrzeug mit Wasserstoffverbrennungsmotor anbietet. ^[4] ^[5]

BMW ist der zweite Hersteller, der ein Wasserstoffverbrennungsmotor für PKWs zur Serienreife gebracht hat. Der Motor kann sowohl mit Wasserstoff als mit Benzin angetrieben werden. ^[6] BMW hat auf der Auto-Show 2006 in Los Angeles das ab Frühjahr 2007 erhältliche Modell 760h „Hydrogen 7“ vorgestellt. Es basiert auf dem 760i der BMW 7er Reihe und kann von BMW geleast werden (ein Verkauf ist derzeit nicht vorgesehen). Der herkömmliche 12-Zylinder Verbrennungsmotor der 7er Reihe wurde dabei für die Verbrennung von Wasserstoff modifiziert. Der Motor leistet 260 PS und 390 Nm Drehmoment. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei ca. 230 km/h (elektronisch abgeregelt). Wegen des Wasserstoff-Tanks wurde der Kofferraum von 500l auf 250l verkleinert.

[Bearbeiten] Zukunft

Viele Experten meinen, dass Wasserstoff anstelle von Strom der sekundäre Energieträger der Zukunft sein könnte, da bei Verwendung geeigneter Energiequellen zur Wasserstofferzeugung eine Nutzung ohne Freisetzung von CO₂ möglich ist. Für eine diesbezügliche Ökobilanz ist es notwendig, dass die eingesetzte Energie aus nachhaltigen Quellen stammt (Erneuerbare Energien). Der hohe Naturflächenverbrauch nachhaltiger Quellen könnte die Kernkraft als Kohlendioxid|CO₂-neutrale Primärenergiequelle in Zukunft wieder mehr in den Vordergrund rücken, allerdings müsste Kernenergie dann stärker subventioniert werden, weil Wasserstoff preiswerter aus Biomasse gewonnen werden kann.^[7] Gleichzeitig stellten sich hier die ungelösten Probleme der Entsorgung radioaktiven Abfallmaterials und das Sicherheitsrisiko von Atomanlagen muss demjenigen eines Wasserstoffeinsatzes gegenübergestellt werden.

Da auch die wesentlich besser handhabbaren flüssigen Kohlenwasserstoffe (siehe Synfuel, Sunfuel) und Alkohole (Methanol für Brennstoffzellen sowie Methanol und Äthanol für Verbrennungsmotoren) ebenfalls nachhaltig und CO2-neutral gewonnen und eingesetzt werden, könnte die Wasserstofftechnologie als Fahrzeugantrieb der Zukunft an Bedeutung verlieren. Wogegen es Ansichten gibt, dass das Potential in der Entwicklung von spezifischen Wasserstoffverbrennungsmotoren uns noch einiges an Überraschungen bescheren kann. Indessen wird der für viele chemische Prozesse nötige Wasserstoff sicher auch aus regenerativen Quellen stammen.

[Bearbeiten] Unfallrisiko bei Wasserstoffahrzeugen

Bei einem normalen Verkehrsunfall stellt ein Fahrzeug mit Wasserstoffantrieb wie bei allen gas-betrieben Fahrzeugen die Rettungskräfte vor zusätzliche Probleme. So muss vor der Annäherung ans Fahrzeug eine Messung der Gaskonzentration durchgeführt werden, um evtl. Explosionsgefahren auszuschließen. Weiterhin können die Flammen verbrennenden Wasserstoffes bei Tageslicht theoretisch nicht mit bloßem Auge wahrgenommen werden, die Intensität der Flamme ist jedoch gering und bei Kontakt mit Fremdstoffen (mitverbrennenden Fahrzeugbestandteilen) färbt sich die Flamme.

Das Hauptproblem dürften Leckagen sein. Wasserstofftanks und Rohrleitungen müssen aufgrund des gegenüber z.B. Erdgas bzw. Propan/Butan geringeren Moleküldurchmessers wesentlich besser abgedichtet sein. Manche Materialien sind ungeeignet, da sie für Wasserstoff durchlässig sind. Leckagen werden nicht nur zu hohen Transportverlusten beitragen, sondern bilden ein Sicherheitsrisiko, wenn sich Gas ansammelt und sich ein Wasserstoff-Luft-Gemisch bildet. Ein Vorteil dabei ist jedoch die geringe Dichte des Wasserstoffs - entwichenes Gas steigt nach oben und kann sich nicht - wie Benzindämpfe, Propan oder Butan - in Vertiefungen sammeln.