Mit Knallgas in eine zündende Zukunft

Hyundai NEXO: Mit Wasserstoff nachhaltiger vorwärtskommen

Mit Knallgas in eine zündende Zukunft

Hyundai NEXO: Mit Wasserstoff nachhaltiger vorwärtskommen

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Alternativen zu fossilen Treibstoffen sind im Aufwind. Neben batterieelektrischen Antriebssystemen wird Wasserstoff als karbonfreier Energieträger in der Mobilität von Morgen eine Rolle spielen. Warum Wasserstoff besser, nachhaltiger, sicherer als andere Energieträger ist.

Text, Foto, Video: Jade Ament

Jade Ament studiert Kommunikation mit der Vertiefung Journalismus an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW). Dieser Beitrag entstand im Rahmen einer Werkstatt «Multimediales Storytelling»

Ein sonniger Frühlingsmorgen in einem Waldstück. Die Vögel geben den Ton an. Und doch ist die idyllische Kulisse gestört: Die Abgase der nahegelegenen Autobahn ziehen hoch, der dumpfe, monotone Verkehrslärm ist allgegenwärtig. Es herrscht Rushhour.

Wer selbst im Auto sitzt, ist sich kaum bewusst, welche Mengen an Abgasen dem Auspuff entweichen. Ein kleiner Benziner, der auf der A1 von Zürich nach Bern unterwegs ist, emittiert über 20 kg CO₂ – das sind elf Kubikmeter klimaschädigendes Gas für 120 gefahrene Kilometer. Die Bilanz für Diesel sieht besser aus, dafür aber wirken sich hier die Feinstaub- und Stickoxidbelastung negativ auf die Ökobilanz aus.

Emittiert Wasserdampf statt CO2. Die Brennstoffzelle im Hyundai NEXO bringt bis zu 95 kW Leistung. (Bild: Jade Ament)

Karbonfreier Energiespeicher

Christian Bach forscht seit 30 Jahren an der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt (Empa) im Bereich Fahrzeugantriebssysteme. Bach ist überzeugt, dass kein Weg an dem leichtesten und energiedichtesten Gas des Universums vorbeiführe, um die Energiewende zu meistern: «Wasserstoff ist für die Nutzbarmachung von überschüssiger erneuerbarer Elektrizität interessant. Gerade in der Mobilität ist Wasserstoff zukunftsfähig, da keine CO₂-Emissionen entstehen.» Rund ein Drittel des gesamten Schweizer CO₂-Ausstosses entstammt dem Verkehr. Das revidierte CO2-Gesetz soll dies ändern. Es will den Markt für alternative und effizientere Antriebssysteme wie die Brennstoffzelle fördern.

Stromkreis Wasserstoff — Grafik: An der Anode wird H2 in Protonen (H+) und Elektronen (e-) aufgespaltet. H+ gelangt durch die Membran. Das e- kann diese nicht passieren, gelangt aber durch einen äusseren Stromkreis zur Kathode. Auf der Kathodenseite verbindet sich Sauerstoff mit den Protonen und Elektronen, wodurch Wasser und Wärme entstehen. (Quelle: https://publikationsserver.tu-braunschweig.de/receive/dbbs_mods_00063598 / Grafik Jade Ament)

Christian Bach von der Empa über die Vorreiterrolle der Schweiz in der Wasserstofftechnologie:

Kein Verzicht dank neuer Technologien

Mehrere Schweizer Firmen und Institute treiben die Brennstofftechnologie voran. Zum einen betreiben das Paul-Scherrer-Institut und die Empa die nötige Forschung, um Langlebigkeit und Wirkungsgrad der Brennstoffzelle zu erhöhen. Zum anderen sind Firmen wie H2-Energy und Hydrospider entstanden, welche zusammen mit dem Autohersteller Hyundai die ersten 50 wasserstoffbetriebenen LKWs auf Schweizer Strassen brachten. Und dies ganz ohne staatliche Förderung.

Fakten zur Brennstoffzelle

Neuere Brennstoffzellen erreichen Nennleistungen von 200 W und weisen einen Wirkungsgrad von etwa 60 % aus. Für die Anwendung im Fahrzeug werden mehrere hundert Brennstoffzellen in Reihe geschaltet, um Leistungen zwischen 50 kW bis 100 kW zu erreichen.
Die Brennstoffzelle ist im Gegensatz zur Batterie ein kontinuierlicher Energiewandler, der chemische Energie in elektrische Energie umsetzen kann. Diese Arbeitsweise ähnelt dem Verbrennungsmotor. Angesichts der Gesamtenergiedichte und der Reichweite ist die Energieumwandlung einer Brennstoffzelle deutlich vorteilhafter als die einer Batterie, die für dieselbe Energiemenge viel grösseren Bauraum und Masse benötigt. (Quelle: TU Braunschweig)

Patrick Huber, Chairman der H2-Energy AG, ist stolz auf das Erreichte: «Der Ansatz von Umweltparteien basiert meistens auf Suffizienz. Wir möchten den Klimawandel durch neue Technologien stoppen.»

Auch im Personenwagen-Bereich tut sich was: Der Hyundai NEXO ist eines der ersten Serien-Brennstoffzellenfahrzeuge überhaupt.

So verlief die Testfahrt im Hyundai NEXO…

«Eine Explosion ist praktisch unmöglich»

Warum Wasserstoff gerade jetzt seinen Durchbruch feiert, erklärt sich Patrick Huber folgendermassen: «Durch den Einsatz der Nanotechnologie konnte die Stabilität der Brennstoffzelle und damit die Kommerzialisierung vorangetrieben werden. Der zentrale Treiber ist jedoch die Energiewende, welche ohne Wasserstoff nicht umgesetzt werden kann.»
Wer H2 hört, erinnert sich an eindrückliche Knallgasexperimente in der Schulzeit. Dass es bei einem Unfall zu einer Explosion komme, ist laut Christian Bach aufgrund der Eigenschaften von Wasserstoff praktisch unmöglich. Die Risiken insgesamt seien nicht höher als bei Benzin.

Grafik: Benzin ist bei weit tieferer Konzentration in der Luft brennbar.

Benzindämpfe konzentrieren sich in Bodennähe und sind sehr leicht brennbar. Wasserstoff hingegen verflüchtigt sich sehr rasch. Dadurch wird kaum die nötige Volumenkonzentration in der Luft erreicht, um eine Detonation zu erzeugen. Ist der H2-Tank einer hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt, wirkt ein Sicherheitsmechanismus. Die Ventile werden automatisch geöffnet und Gas tritt aus, bevor der Tank bersten könnte. (Quelle: Christian Bach, Empa)

Erneuerbare Energie geht verloren

2019 gingen in Deutschland 6.5 Terrawattstunden (TWh) Strom aus erneuerbaren Energien verloren, da zu Spitzenzeiten mehr erneuerbarer Strom erzeugt wurde, als das lokale Stromnetz aufnehmen konnte. Tendenz steigend. Zum Vergleich: Der Gesamtenergieverbrauch der Schweiz belief sich 2019 auf rund 57 TWh. Hiervon wurden drei TWh Strom aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen (Wasserkraft ausgenommen). Dies geht aus der Schweizerischen Gesamtenergiestatistik 2019 hervor. Patrick Huber sieht gerade hier das grosse Potential des Wasserstoffs: «Dort wo überschüssige Energie nicht ins Netz gespeist werden kann, wäre die elektrolytische Herstellung von Wasserstoff netzunabhängig möglich und daher sehr sinnvoll.»

Elektrolyseur der Empa: Die Versuchsanlage erzeugt mit 200 kW Leistung Wasserstoff aus Wasser. (Video-Standbild: Jade Ament)

Schweizweit nur acht Tankstellen

Thomas Schumann, Leiter des Technoparks Winterthur, sieht die Herausforderung bei der Speicherung des Wasserstoffs: «Die Diffusion des H2 und der hohe Druck sind problematisch, da sind spezielle Kompressoren, Ventile, Druckbehälter und Sensoren nötig.» In diesen Segmenten gäbe es aber innovative Schweizer Firmen, die einen technischen Vorsprung hätten, so Schumann weiter. Um Wasserstoff als Treibstoff für die breite Masse zugänglich zu machen, fehlt vorerst die Infrastruktur. Derzeit sind schweizweit gerade einmal acht H2-Tankstellen in Betrieb (Stand: Mai 2021). Diese sind teilweise technisch noch nicht wirklich ausgereift, wie Christian Bach bestätigt. Darauf wurde auch das e-Trends-Team vor der Testfahrt mit dem Hyundai NEXO aufmerksam gemacht. Und prompt war bei der Testfahrt eine der zwei angefahrenen Tankstellen nicht betriebsbereit.

Christian Bach behält den Fokus: Mittels Wasserstoffspeicherflasche (rechts im Bild) wird das Temperaturverhalten beim Wasserstofftanken erforscht. (Video-still: Jade Ament)
Im Flusskraftwerk Gösgen wird der Wasserstoff für die derzeit acht Schweizer Tankstellen hergestellt. (Bild: Jade Ament)
eTrends-Chefredaktor, René Senn, durfte den Hyundai NEXO testen. (Bild: Jade Ament)
Betankt in wenigen Minuten: Damit es so schnell geht, steht der Wasserstoff unter 700 bar Druck. (Bild: Jade Ament)
Dieser Wasserstofftank versorgt die Zapfsäule. Der Unterhalt einer Wasserstofftankstelle ist aufwendig und platzintensiv. (Bild: Jade Ament)
Die Brennstoffzelle ist das Herzstück des Hyundai NEXO. Hier reagiert Wasserstoff mit Luftsauerstoff zu nichts als reinem Wasser. (Bild: Jade Ament)
Das Tanken in Kilogramm ist gewöhnungsbedürftig. (Video-Standbild: Jade Ament)
Nach dem Tanken geht’s geräuschlos und abgasfrei weiter durch den Frühling. (Bild: Jade Ament)

Auch die Erdölindustrie investiert

Das Rohstoffhandelsunternehmen Trafigura hat sich letztes Jahr an H2-Energy beteiligt, woraus Hydrogen-Europe entstand. Für Patrick Huber steht die Beteiligung in keinem Widerspruch zum Nachhaltigkeitsanspruch von H2 Energy: «Durch die Zusammenarbeit mit Erdölfirmen können wir die Skalierbarkeit von Projekten erreichen. Aber wir müssen in der Umsetzung unserer Visionen konsequent und bedingungslos einen nachhaltigen Ansatz verfolgen.» Huber betont mehrfach, wie wichtig es sei, die Firmen nach Ihren Handlungen und nicht nach ihrem Ruf zu beurteilen: «Shell ist zentral und hat absolut gesehen wahrscheinlich am meisten in Studien zur Wasserstoffmobilität investiert.»

Mit Zweitgutachten gegen Halbwahrheiten

Christian Bach ist nicht nur Forscher, er wird auch regelmässig für Diskussionen zu Wasserstoff oder für Zweitgutachten zurate gezogen. Wo nachhaltig investiert würde, sei grüner Wasserstoff eine interessante Option für Anleger, so Bach. «Über das Thema werden aber viele Halbwahrheiten geschrieben, da der Gesamtkontext nicht einbezogen wird. Das Thema Wasserstoff scheitert nicht an der Technik, es scheitert am Ende womöglich an der Kommunikation.»