Tankstellen belasten die Stromnetze

Die Behauptung, dass Wasserstofffahrzeuge eine Überlastung der Stromnetze verhindern könnten, ist auch nicht nachvollziehbar. Eher ist das Gegenteil zu befürchten. Schon der Stromverbrauch der Kompressoren in der Wasserstofftankstelle beträgt rund 40 Prozent des Stromverbrauchs beim Laden eines gleichwertigen Elektroautos. Die Elektrolyse braucht zusätzlich 300 Prozent des Stroms, der ebenso über das Stromnetz geliefert werden muss.

Dabei sind Wasserstofffahrzeuge immer auf diese Tankstellen angewiesen, während für E-Autos nur auf Langstreckenfahrten die Schnellladung mit hoher Stromlast alternativlos ist. Solange weniger als 40 Prozent aller Ladungen auf diese Weise erfolgen, stellen Wasserstofftankstellen die größere Belastung des Stromnetzes dar. In Umfragen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft bevorzugen 70 bis 80 Prozent der Befragten das Laden zu Hause oder am Arbeitsort, wo das Auto über längere Zeit steht.

Akkus können problemlos an einer Haushalts-Steckdose geladen werden. 2,2 Kilowatt Ladeleistung gelten als völlig unbedenklich. Über Nacht können so in zehn Stunden 22 kWh geladen werden, genug für über 100 km Fahrstrecke. Viele Ladegeräte bieten auch 3,6 kW, aber es sollte ein Elektriker prüfen, ob der Anschluss der Steckdose die Leistung auch auf Dauer aushält. Es gibt auch leistungsstärkere Wallboxen mit bis zu 22 kW, das aber nur mit Dreiphasen-Anschluss.

1000 Kilometer mit einer Akkuladung
Der batterieelektrisch angetriebene Semi Truck von Tesla sollte eigentlich schon in diesem Jahr an den Start gehen. Nun wurde der Produktionsbeginn auf 2021 verschoben. Mit einer Akkuladung soll der Lastzug bis zu 1000 Kilometer weit kommen. Foto: Tesla

Der Aufbau der öffentlichen Infrastruktur mit Strom kostet nicht die Millionenbeträge von Wasserstofftankstellen. Preise für robustere, kommerzielle, Ladestationen liegen in der Größenordnung von 4.000 Euro für 7,2 kW. Ein 150-kW-Schnelllader lädt den Tesla 3 in 20 Minuten von 20 auf 80 Prozent. Sie kosten im Durchschnitt 65.000 Euro inklusive der Bereitstellung des elektrischen Anschlusses, an günstigen Standorten auch weniger. Bei 350 kW steigen die Kosten etwa auf das Doppelte. Besonders die Schnelllader haben laut Untersuchungen noch großes Potenzial zur Kostenreduktion, wenn mehr davon an einem Standort gebaut werden.

Wasserstoffstrategie sollte sich auf Chemie konzentrieren

Bei all den zweifelhaften Versuchen, Wasserstoff als Energiespeicher zu etablieren, ist es schade, dass die ernsthaften Anwendungen des Wasserstoffs in seiner Funktion als chemischer Stoff nur am Rande eine Rolle spielen. Er wird beispielsweise im Haber-Bosch-Prozess zur Ammoniak-Herstellung benötigt, der die Grundlage für Stickstoffdünger und praktisch alle anderen Stickstoffverbindungen in der Chemie ist. Wasserstoff als Reduktionsmittel in der Metallverhüttung würde dort CO2-Emissionen reduzieren. Derzeit wird Kohlenmonoxid aus verbrannter Kohle verwendet, um Eisenoxid zu metallischem Eisen zu reduzieren.

In Brandenburg könnte bald eine Wasserstoff-Bahn fahren. Die Züge sind in Serienfertigung, grünen Wasserstoff gibt es ebenfalls - nur Geld fehlt noch. Wasserstoff

Für solche Zwecke ist es notwendig, eine umweltfreundliche Wasserstoffproduktion auf Grundlage von Wasserelektrolyse aufzubauen. Denn zurzeit wird Wasserstoff meist aus Methan hergestellt, mit CO2 als Abfallprodukt. Die Anlagen sind in der Chemie ohnehin notwendig. Wenn sie einmal laufen, kann nach einer Verwendung für Überschüsse gesucht werden, die es zur Vermeidung von Engpässen immer geben wird. Sie könnten etwa in organischen Wasserstoffträgern oder Metallhydridspeichern zwischengelagert werden.

Die Verwendung von Überschüssen sollte aber nie der primäre Zweck sein. In der Wasserstoffstrategie ist vorgesehen, organische Wasserstoffträger über Pipelines und Öltanker zu transportieren. Aber dabei geht ein Viertel der Energie verloren. Im Vergleich zu Öl müsste wenigstens die zehnfache Menge transportiert werden und sie müssten nach der Verwendung zum erneuten Beladen auch wieder zurückgebracht werden.

Wasserstoff nur als Nebenprodukt Chance

Die Transport- und Speicherprobleme, die hohen Kosten und Energieverluste bei der Nutzung von Wasserstoff machen ihn als Energiespeicher in fast allen Bereichen zur schlechtesten Wahl. In den meisten Fällen ist selbst einfache thermische Speicherung von Strom in Form von heißen Steinen effizienter als der Umweg über die Wasserstoffgewinnung, sowohl für Heizzwecke als auch zur Stromrückgewinnung.

Die Orientierung am chemischen Bedarf für Wasserstoff wäre ein besserer Ansatz für eine Wasserstoffstrategie. Es wird bei den Diskussionen leicht vergessen, dass die Lithium-Ionen-Akkus für die Elektroautos niemals für Elektroautos entwickelt wurden, sondern für Laptops, Handys und andere Kleingeräte. Dort gab es ganz ohne staatliche Subventionen einen wirtschaftlichen Bedarf an immer besseren Akkus. Die Revolution in der Elektromobilität war dabei nie geplant und wurde nur zufällig möglich, weil die Akkutechnik gut genug wurde und kommerziell erfolgreiche Akkufabriken bereits existierten.

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13 Kommentare

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    Alle Argumente im Beitrag erschließen sich jedem Vernünftigen und sachlich Informierten. Umso unverständlicher die Regierungsinitiativen in Deutschland und Österreich in Sachen Wasserstoff.
    Ein bedeutender Beitrag, den ich auf Facebook gern teile!

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    Es ist immer wieder erhebend zu lesen, wie einfach, preiswert und effizient batteriebetriebene Elektromobilität ist. Es ist auch immer wieder erhebend zu lesen, wie durch Kombination richtiger Aussagen ein fehlerhafter Zusammenhang konstruiert wird.
    In der Tat man kann mit 10 Zentner Batterie 500 km weit fahren, sofern die Batteriechemie eine der Hochenergievarianten von NCM oder NCA entspricht. Es ist richtig, dass der Kobaltanteil in den Batterien stark zurückgeht und auch Nickel langsam als zu teuer gilt und entsprechend mehr mangan verbaut wird. Wenn der Kostenbenchmark dann an LFP ausgerichtet wird, werden die Früchte das Birnbaums mit denen des Apfelbaums verglichen. LFP hat auf Zellebene eine spezifische Energie in der Gegend von 90 – 110 Wh/kg, NCM 150 Wh/kg, sagen zumiundes energieexperten.org. Die 500 km Batterie in LFP läge dann bei 15 Zentnern. Das Wasserstoffsystem immer noch bei 4 Zentner, am Rande bemerkt.
    Über Natriumbatterien kann man sich als reife technische Produkte vielleicht in 10 bis 15 Jahren unterhalten. Im Moment sind ist der Stand der Technik eher frühes Laborstadium, außer bei Hochtemperatur natrium-Schwefel, die allerdings derzeit niemand ernsthaft für Fahrzeuganwendungen verfolgt.
    Leichtbau tut jedem Auto gut, auch wasserstoffbetriebenen Elektrofahrzeugen. Teile des Wasserstoffsystems könne grundsätzlich auch strukturelle Aufgaben übernehmen. Das Regelwerk gäbe es her. Man müsste es „nur machen“, und es wird auch gemacht werden, sofern wasserstoffelektrische Antriebe ihren Platz im Fahrzeugportfolio erhalten.
    Richtig ist, dass wasserstoffelektrische Antriebe (viel) mehr elektrsiche Energie benötigen als batterieelektrsiche Antriebe. Andererseits: in einer zukünftigen, schönen, neuen, auf erneurbarem Strom als Primärenergie beruhenden Energiewelt wird ein saisonaler Speicher benötigt. Auch die viel gepriesenen Schnellstladestationen werden zusätzliche Leistungsspeicher vor Ort erfordern. Ernsthaft putzig wäre dann, wenn Batteriefahrstrom mehrfach durch Speicher und – horribile dictu – vielleicht sogar durch Wasserstoff als saisonalem Speicher geschleust werden müsste.
    Generell fährt es sich in einem wasserstoffelektrsich betriebenen Auto sehr angenehm und man kommt mit wenigen, kurzen Tankpausen kreuz und quer durch die Republik .
    Mit Vorhersagen tut man sich immer schwer, besonders wenn sie die Zukunft betreffen.
    Wir werden sehen, was sich bei Nutzern durchsetzt. Totgesagte leben länger.

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      Vor 5 Jahre hätte ich ihren Aussagen zugestimmt. 2020 nicht mehr.

      LPF von CATL erreichen 240 Wh/kg, hauptsächlich durch eine Kombination aus besserer Batteriechemie (z.B. inklusion von Silizium in den Graphitanoden um die Kapazität zu steigern, ohne zu risikieren, dass das Sizilium zerfällt), Optimierung der Zellen auf hohe Kapazität statt hoher Leistungsabgabe und -aufnahme sowie die Abkehr von einzelnen zylindrischen Zellen, wodurch Material und Fertigungsaufwand eingespart werden kann.

      https://www.catlbattery.com/en/web/index.php/research/practice?id=1#tabMain?id=1

      Natrium-Ionen-Akkus von AMTE kommen nächstes Jahr auf den Markt: https://amtepower.com/wp-content/uploads/2020/05/ULTRA-Safe-AMTE-A5-leaflet.pdf

      Faradion liefert dieses Jahr erste Akkus nach Australien und abnächstem Jahr an einen LKW Hersteller in Indien, wo auch einer Fabrik der Größenordnung von GWh/Jahr aufgebaut wird.
      https://www.pv-magazine-india.com/2020/04/23/uk-based-faradion-mulling-sodium-ion-battery-manufacturing-in-india/

      Wie ich auch in meinem Artikel dazu geschrieben habe, hat sich in den letzten 4 Jahren sehr viel auf dem Gebiet getan. Es sind sehr viele Wissenschaftler von Lithium zu Natrium gewechselt, nachdem es seit den späten 80ern bis etwa 2012 fast gar keine wissenschaftlichen Veröffentlichungen zu Natrium-Ionen-Akkus mehr gab, aber gleichzeitig eine gewisse Stagnation bei Lithium-Ionen-Akkus einsetzte. Viele Fortschritte wurden von so vielen Leuten jetzt auch sehr schnell gemacht und es kommen ständig noch mehr. Es gibt nicht nur einzelne vielversprechende Laborexemplare die funktionieren, sondern reihenweise taugliche Ergebnisse mit wenigstes 500 Ladezyklen, unter denen sich die Hersteller nun heraussuchen können (und das auch tun), welche genaue Zellchemie zu ihren Produktions- und Leistungsanforderungen am besten passt. Sei es niedrige Rohstoffkosten, relativ hohe Energiedichte (derzeit bis ungefähr 160Wh/kg) oder hohe Leistungsabgabe bei Kompromissen in der Energiedichte.

      https://www.golem.de/news/natrium-ionen-akkus-ausnahmsweise-ein-echter-durchbruch-in-der-akkutechnik-2006-149130.html

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    Sehr gut zusammengefasst. Der Satz von Duesendaniel trifft auch bei mit zu: „Für mich als Ingenieur waren diese technischen Fakten schon lange klar, wenn auch nicht so detailliert begründet, denn in der Regel reicht mir schon ein Vergleich der Gesamtwirkungsgrade.“
    Aussagen wie jene von THG sollte man einfach nur ignorieren – ist die Lesezeit nicht Wert.

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    Kommentar: „Sie sind teurer und leistungsschwächer als E-Autos und brauchen dreimal so viel Strom.“

    Ein Wasserstoff-Fahrzeug ist hingegen was? Ein W-Auto?

    Die vermeintlich höhere Energieeffizienz des Batterienstroms geht hier von einer hunderprozentigen Gewinnung aus regenerativen Energien voraus. Und selbst dann werden eine signifikante Kerngrößen außer acht gelassen.

    Soso, die Brennstoffzelle altern und in Folge dessen sinkt die Effektivität. Akkus zum Glück wohl nicht.

    Insgesamt lese ich viel „könnte, würde, wird“…Ich bin zwar kein Wasserstoff-Fan aber das hier ist unfundiertes Bashing. Traurig.

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    • Franz W. Rother

      Hallo Herr Hobbs, es ist ein Meinungsbeitrag, der zur Diskussion anregen soll. Keine wissenschaftliche Abhandlung.

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        Auch eine Meinung sollte sich anhand von Fakten ergeben…dazu bedarf es keine wissenschaftlichen Abhandlung. Schlußendlich haben Sie ja Ihre Diskussion; meine Argumente kennen Sie ja jetzt 😉

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      Zitat: „Die vermeintlich höhere Energieeffizienz des Batterienstroms geht hier von einer hunderprozentigen Gewinnung aus regenerativen Energien voraus.“

      Das genau gleiche gilt für den Strom, der zur Erzeugung von Wasserstoff aufgewendet wird, mit dem Unterschied, dass davon über drei mal so viel benötigt wird. Ich verstehe dieses Argument nicht.

      Zitat: „Die Brennstoffzelle altern und in Folge dessen sinkt die Effektivität. Akkus zum Glück wohl nicht.“

      Die Alterungsprozesse von Brennstoffzelle sind tatsächlich sehr unterschiedlich. Akkus verlieren an Kapazität, weil sie wegen nicht nicht perfekten Coloumb’schen Effektivität nur ungefähr 99,98% bis 99,995% der gespeicherten elektrischen Ladung wieder freigegeben (aufgrund chemischer Prozesse in der Zelle. Dickere Deckschicht, langsame Schäden an Kathode/Anode, Zersetzung des Elektrolyts etc.) Die eigentliche Effizienz bleibt dabei immer gleich, nur geht nach 1000-4000 vollen Ladezyklen (in diesem Beispiel) etwa 20% der Ladekapazität verloren. Durch die Alterung steigt auch der Innenwiderstand der Akkus, aber der Effekt ist für die Effizienz des Gesamtsystems gerade im Vergleich zu den Verlusten bei der Wasserstoffherstellung und -nutzung nicht nennenswert.

      Bei Brennstoffzellen zersetzt sich hingegen die Membran der Brennstoffzelle. Der Katalysator darin wird durch chemische Reaktionen inaktiv (besonders Kohlenmonoxid hat diesen Effekt) oder wird von der Membran ganz freigesetzt. Die von der Zelle gelieferte Spannung sinkt dadurch beim gleichen Umsatz von Wasserstoff („Verbrennung“).

      Damit sinkt zuerst einmal die elektrische Effizienz, aber in der Konsequenz auch die abgegebene elektrische Leistung beim gleichen Wasserstoffumsatz und deswegen auch die Reichweite mit der gleichen Wasserstoffmenge im Tank. Da die Effizienz der Brennstoffzelle aber auch von der gelieferten Leistung im Vergleich zur Maximalleistung abhängt(*) – und mit höherer Leistung sinkt – ist der Effekt in der Fahrpraxis sogar noch etwas größer, als der Abfall der Zellspannung vermuten lassen würde.

      Aus Erfahrung ist bekannt, dass Brennstoffzellen nach 2000 Betriebsstunden etwa 10% Spannung verlieren. (Betriebsstunden im normalen Fahrbetrieb, der nur selten bei Volllast stattfindet.)
      https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/73011.pdf

      (*) Das ist ein physikalisches Phänomen, das durch die Betriebstemperatur unterhalb des Siedepunkts von Wasser in der Brennstoffzelle zustande kommt. Der „verbrannte“ Wasserstoff bildet auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle flüssiges Wasser, das nun einen Teil den Zugang des Sauerstoffs zur Brennstoffzellmembran behindert. Diese Behinderung äußert sich in einem Absinken der Zellspannung. Je höher die Leistung, um so mehr Wasser entsteht und um so mehr sinkt die Zellspannung ab. Das begrenzt auch effektiv die Maximalleistung dieser Form der Brennstoffzelle, weil ab einem bestimmten Punkt die Zellspannung schneller sinkt, als dass es ein höherer Stromfluss durch einen höheren Umsatz von Wasserstoff ausgleichen könnte.

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      Sie brauchen ca. die 2,5 bis 3-fache Menge an elektrischer Energie beim Wasserstoffauto, wenn Sie die gleiche Laufleistung wie bei einem batterieelektrischen Fahrzeuge haben möchten. Egal ob aus einem Kohlekraftwerk, aus Windkraftanlagen, oder sonstwas. 3 mal soviel… Darum geht es….

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    Vielen Dank für diesen wirklich lehrreichen und informativen Überblick zu BEV und FCEV im Vergleich. Für mich als Ingenieur waren diese technischen Fakten schon lange klar, wenn auch nicht so detailliert begründet, denn in der Regel reicht mir schon ein Vergleich der Gesamtwirkungsgrade.
    Leider geht es hier aber nicht um Physik, sondern um die Machtspiele von Politik und Wirtschaft und es wäre nicht das erste mal, das das schlechtere System gegen die Interessen der Allgemeinheit zum Wohl einer sehr kleinen, aber reichen Minderheit durchgesetzt wird.

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    Es ist schon erstaunlich was man sich im Netz aus Halbwahrheiten so zusammen spinnen kann, oder war da eine große Brieftasche geöffnet um diesen Stuss zu verbreiten. Auch wenn man Dinge immer wieder wiederholt werden sie deshalb nicht richtiger.

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      Es ist schon erstaunlich, was mir in Antworten auf diesen Artikel vorgeworfen wird, ohne jede substantielle Aussage zum Artikel selbst zu treffen.

      Es mag sie stören, dass ich exemplarisch die Eigenschaften von zwei real existierende Autos verglichen habe. Die Auswahl erfolgte schlicht nach dem Kriterium, welche auf dem Markt existierenden Modelle der jeweiligen Technologie am häufigsten verkauft wurden und dabei von der Stromquelle abgesehen weitgehend vergleichbare Eigenschaften haben.

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      Sehr interessant fände ich von Ihrer Seite ein paar Fakten, welche Ihre Unterstellung des „zusammen spinnen“ belegen würden. Aber da dürfte wahrscheinlich nicht viel kommen.

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