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Überholt die Brennstoffzellentechnologie den batterieelektrischen Antrieb?

30.10.2020
Derzeit liest und hört man nur noch Elektromobilität. Nahezu alle Hersteller haben die Weichen gestellt und elektrifizierte Modelle im Angebot. Von der Politik werden Elektroautos mit bis zu 9.000 € gefördert.Ist das aber alles sinnvoll oder eifern wir nur einem Hype hinterher? Was ist eigentlich mit Wasserstoff und der Brennstoffzelle? Wenn heutzutage von Wasserstoff im PKW gesprochen wird, sind grundsätzlich Brennstoffzellenfahrzeuge gemeint. Studien in den 90er bis Anfang der 2000er Jahren ergaben, dass eine Verwendung von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren zu ineffizient sei und nicht die gewünschten Leistungen bringen kann.


Wie funktioniert die Brennstoffzelle?

Die Brennstoffzelle erzeugt aus Sauer- und Wasserstoff elektrische Energie und treibt damit über einen kleinen Akku einen Elektromotor an. Man könnte also auch hier von Elektromobilität sprechen – und tatsächlich, auch Brennstoffzellenfahrzeuge tragen ein E-Kennzeichen. Nur der Speicher ist ein anderer. 

Nach dem Rückzug von Mercedes mit dem GLC F-Cell gibt es nur noch zwei Brennstoffzellenfahrzeuge am Markt: Den Toyota Mirai und den Hyundai Nexo. Beide Fahrzeuge kosten zwischen 60.000 und 70.000 € und sind damit zu teuer für den normalen Durchschnittsverdiener.


Umweltbonus für Brennstoffzellenfahrzeuge

Doch warum fördert die Bundesregierung nicht auch die wasserstoffbetriebene Elektromobilität? Sie tut es. Denn auch Brennstoffzellenfahrzeuge werden durch die Bundesregierung mit Umweltbonus und Innovationsprämie gefördert. Aufgrund ihres hohen Nettolistenpreises von über 40.000 € gibt es maximal 5.000 € Förderung mit einem Herstelleranteil in Höhe von 2.500 €. Der volle Satz liegt bei 6.000 € zuzüglich Herstelleranteil in Höhe von 3.000 €.


Das Bundesministerium für Verkehr und digitaler Infrastruktur (BMVI) hatte Mitte 2019 einen neuen Förderaufruf für die Errichtung öffentlich zugänglicher Wasserstoff-Tankstellen im Straßenverkehr veröffentlicht. Die Förderung beträgt bis zu 50 Prozent der Investition in die Tankstelle. Zusätzlich kann ein Elektrolyseur zur Vor-Ort-Erzeugung von grünem Wasserstoff gefördert werden. Hierbei beträgt die Förderquote bis zu 40 Prozent.


Doch warum gibt es dann nicht mehr Wasserstofffahrzeuge am Markt und warum sind diese noch so teuer? Die Fahrzeuge mit Brennstoffzelle werden aktuell noch in Kleinserien gebaut, was die Produktionskosten stark nach oben treibt. Es wären also große Stückzahlen wie derzeit bei batterieelektrischen Fahrzeugen notwendig, damit die die Preise auch für den Durchschnittsbürger erschwinglich werden.


Tankstelleninfrastruktur für Brennstoffzellenfahrzeuge

An diesen Tankstellen kostet derzeit ein Kilo Wasserstoff 9,50 €. Dieser Preis ist bereits subventioniert und würde Schätzungen zufolge realistisch bei 16 bis 18 € je Kilo liegen.


Gleichzeitig werden batterieelektrische Fahrzeuge in immer größeren Stückzahlen und zu immer konkurrenzfähigen Preisen angeboten. Strom lässt sich günstig und einfach mit einer Photovoltaik-Anlage zu Hause selber produzieren und damit dann das Fahrzeug betreiben.


Bis die die wasserstoffbetriebene Elektromobilität ein Preisniveau erreicht, welches massentauglich ist, wird man bei batterieelektrischen Fahrzeugen bereits Ladegeschwindigkeiten und Reichweiten realisiert haben, die eine Mobilität auf Basis von Wasserstoff mit Brennstoffzelle unattraktiv machen. Für Nutzfahrzeuge und Busse könnte die Brennstoffzelle jedoch noch wichtig werden. Deren Strecken sind besser planbar und die Tankinfrastruktur leichter aufzubauen. 

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7 Kommentare
2020-10-30T16:23:18Z
Freitag, 30.10.2020 um 17:23 Uhr
Sind die Ladesteckersysteme denn bei Wasserstoff betriebenen Autos dieselben wie bei regulären E-Autos? d.h. wenn ich eine PV-Anlage und eine Wallbox zu Hause installiert hätte, könnte ich auch regulär mit meinem Typ2-Stecksystem mein Brennstoffzellenfahrzeug laden?
2020-10-30T17:48:03Z
Freitag, 30.10.2020 um 18:48 Uhr
Hallo Paul, womit willst du denn ein Brennstoffzellen-Fahrzeug zuhause laden? Den Wasserstoff bekommst du an einer der wenigen Wasserstoff-Tankstellen, zuhause Wasserstoff erzeugen und eine eigene Tankstelle aufzubauen ist unmöglich, dazu sind große Tanks, Kompressoren, Klimaanlagen und eine große Photovoltaikanlage nötig, denn irgendwoher muss der grüne Strom für den grünen Wasserstoff ja auch noch kommen.

Allerdings gibt es ein einziges Brennstoffzellen-Modell, das wie ein herkömmlicher Plug-in-Hybrid eine etwas größere Batterie besitzt, die zuhause an der Wallbox für wenige Kilometer Reichweite geladen werden kann. Also auf kurzen Strecken mit Strom, auf der Langstrecke mit Wassestoff. Klingt verlockend, ist aber extrem teuer und zugleich ein Technik-Ungetüm. Gibt es auch nicht zu kaufen, ist nur eine Pilot-Serie mit winzigen Stückzahlen.
2020-11-09T18:39:06Z
Montag, 09.11.2020 um 19:39 Uhr
Paul Höffner:
Sind die Ladesteckersysteme denn bei Wasserstoff betriebenen Autos dieselben wie bei regulären E-Autos? d.h. wenn ich eine PV-Anlage und eine Wallbox zu Hause installiert hätte, könnte ich auch regulär mit meinem Typ2-Stecksystem mein Brennstoffzellenfahrzeug laden?


Das einzige Brennstoffzellenfahrzeuge welches von aussen elektrisch aufladbar ist, wird es künftig nur noch gebraucht geben, da Mercedes die Produktion des GLC F-Cell eingestellt hat.
Zurück zu deiner Frage der Anschluß ist der gleiche wie bei anderen Elektrofahrzeugen.
2020-11-14T07:54:28Z
Samstag, 14.11.2020 um 08:54 Uhr
Ein Auto mit Brennstoffzelle ist vergleichsweise schwer, aber woran liegt das?
Ein kg Wasserstoff benötigt etwa 24 Liter Tankvolumen. Da der Toyata Mirai 5kg Wasserstoff mitschleppen kann, kommt er auf 122 Liter Volumen.
Das ist aber nur das eine.
Das andere sind die über 700bar Betriebsdruck. Die verlangen ziemlich dickwandige Speicherbehälter, die zudem aus einem besonderen Material sein müssen, damit der Tank nicht nach 3 Wochen leer ist, weil das H2 durchs Material diffundiert ist. Diese Dinger wiegen einiges.
Dann braucht man zum Wasserstoff noch reinen Sauerstoff, damit die Reaktion in der Brennstoffzelle (BZ) stattfinden kann. Damit nicht noch zusätzlich reiner Sauerstoff getankt werden muss, wird im Fahrzeug ein ziemlich aufwändiges Luftreinigungssystem verbaut. Dieses benötigt Pumpen, Filter, Wasserskreislauf usw. Wird die Luft nicht ausreichend gefiltert und aufbereitet, droht die Membran der BZ zerstört zu werden (Brennstoffzelle kostet etwa 20.000€ in der Herstellung).
In der Brennstoffzelle wird dann Strom mit unter 60% Wirkungsgrad produziert, der über einen kleinen Pufferakku zum E-Motor im Fahrzeug fließt.
Dieses ganze System macht das Fahrzeug schwerer als ein reines BatterieElektrischenVehikel (BEV).
Dazu muss dieses aufwändige System regelmäßig in die Inspektion. Es müssen die Filter gewechselt werden, damit die Luft entsprechend gereinigt werden kann.
2020-11-16T17:14:44Z
Montag, 16.11.2020 um 18:14 Uhr
Steve Dumke:
Das einzige Brennstoffzellenfahrzeuge welches von aussen elektrisch aufladbar ist, wird es künftig nur noch gebraucht geben, da Mercedes die Produktion des GLC F-Cell eingestellt hat.

Gebraucht wird es den GLC F-Cell nie geben, weil Mercedes in nur verleast an ausgewählte Kunde. Nach Ablauf des Leasingvertrages hat Mercedes das gleiche Schicksal vorgesehen, wie damals GM für den EV1: Verschrottung. Man will sich nicht jahrelang belasten mit Ersatzteilhaltung und Service für eine solche Kleinstserie.
2020-11-19T13:55:45Z
Donnerstag, 19.11.2020 um 14:55 Uhr
i_Peter:
Steve Dumke:
Das einzige Brennstoffzellenfahrzeuge welches von aussen elektrisch aufladbar ist, wird es künftig nur noch gebraucht geben, da Mercedes die Produktion des GLC F-Cell eingestellt hat.

Gebraucht wird es den GLC F-Cell nie geben, weil Mercedes in nur verleast an ausgewählte Kunde. Nach Ablauf des Leasingvertrages hat Mercedes das gleiche Schicksal vorgesehen, wie damals GM für den EV1: Verschrottung. Man will sich nicht jahrelang belasten mit Ersatzteilhaltung und Service für eine solche Kleinstserie.

Vermutlich hast du da recht, da es den GLC F-Cell von mercedes nur im Leasing gab.
Der Satz war aber auch eher dahingehend gemeint das dieses Fahrzeug nicht mehr gefertigt wird und man sich keine Hoffnung auf einen Nachfolger oder ähnlichem machen brauch.
Ob die Fahrzeuge nach ihrem Leasingende dem Gebrauchtwagenmarkt zugeführt werden oder bis auf wenige Museumsstücke entsorgt werden steht allerdings noch aus.
2020-11-19T14:18:41Z
Donnerstag, 19.11.2020 um 15:18 Uhr
Schmisi:
Ein Auto mit Brennstoffzelle ist vergleichsweise schwer, aber woran liegt das?
Ein kg Wasserstoff benötigt etwa 24 Liter Tankvolumen. Da der Toyata Mirai 5kg Wasserstoff mitschleppen kann, kommt er auf 122 Liter Volumen.
Das ist aber nur das eine.
Das andere sind die über 700bar Betriebsdruck. Die verlangen ziemlich dickwandige Speicherbehälter, die zudem aus einem besonderen Material sein müssen, damit der Tank nicht nach 3 Wochen leer ist, weil das H2 durchs Material diffundiert ist. Diese Dinger wiegen einiges.
Dann braucht man zum Wasserstoff noch reinen Sauerstoff, damit die Reaktion in der Brennstoffzelle (BZ) stattfinden kann. Damit nicht noch zusätzlich reiner Sauerstoff getankt werden muss, wird im Fahrzeug ein ziemlich aufwändiges Luftreinigungssystem verbaut. Dieses benötigt Pumpen, Filter, Wasserskreislauf usw. Wird die Luft nicht ausreichend gefiltert und aufbereitet, droht die Membran der BZ zerstört zu werden (Brennstoffzelle kostet etwa 20.000€ in der Herstellung).
In der Brennstoffzelle wird dann Strom mit unter 60% Wirkungsgrad produziert, der über einen kleinen Pufferakku zum E-Motor im Fahrzeug fließt.
Dieses ganze System macht das Fahrzeug schwerer als ein reines BatterieElektrischenVehikel (BEV).
Dazu muss dieses aufwändige System regelmäßig in die Inspektion. Es müssen die Filter gewechselt werden, damit die Luft entsprechend gereinigt werden kann.


Hey Schmisi,
grundsätzlich gebe ich dir bei der Funktionsweise der Brennstoffzelle und der daraus resultierenden Komplexität recht. Die Tanks des Toyota Mirai bestehen aus zwei kohlefaserverstärkten Kunststoff-Drucktanks. Ein Tank sitzt in Wagenmitte, der andere im Kofferraumbereich vor der Hinterachse. Sie ersetzen die vormaligen vier Stahldrucktanks und kommen durch das leichtere Material und die von 40 mm auf 25 mm verringerbare Tankwanddicke auf ein Gewicht von 87,5 Kilogramm. Insgesamt wiegt der Mirai 1850kg und das attestiert ihn in der Fahrzeugklasse bei 4,89m Länge nicht zwingend zu einem Schwergewicht. Wenngleich sein Ladevolumen mit 361 Litern deutlich geringer ist als das bei vergleichbar grossen Fahrzeugen.
Allein der Inspektionsumfang und die daraus resultierenden Kosten machen ein solches Fahrzeug im vergleich zum batterieelektrischen Antrieb unwirtschaftlich. Zusätzlich zu den üblichen Arbeiten, die im Rahmen einer Inspektion bei Fahrzeugen mit konventionellen Antrieben durchgeführt werden (z. B. Auslesen des Bordcomputers, Fahrwerksprüfung, Karosserie, Ausstattungsfunktionen, Zustand der Bremsen etc.), werden beim Mirai in der 15.000 km Wartung die Kühlmittelleitungen der Brennstoffzelle sowie das gesamte Wasserstoffsystem auf Lecks geprüft, der Kühlerkondensator wird auf Verschmutzungen und Anzeichen von Schäden geprüft, der Wasserstoffsensor wird geprüft und die Wasserstofftankbänder werden auf Beschädigung geprüft. Bei der 30.000 km Wartung werden zusätzlich dazu noch der Kühlmittelpegel der Brennstoffzelle geprüft, die Tankbänder auf Lockerung überprüft sowie das Kühlmittel des Inverters geprüft. Im Rahmen der 60.000 km Inspektion wird dann darüber hinaus noch die Bremsflüssigkeit erneuert.
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