Warum hat das Wasserstoffauto keine Chance gegen E-Autos?
Weil es unglaublich ineffektiv ist! Der Treibstoff kostet bei Wasserstoffautos ca. 16,25€/100km gegen 3,20€/100km bei Batteriefahrzeugen.
Per Elektrolyse werden ca. 55kWh Strom für 1kg Wasserstoff benötigt. Zusätzlich braucht man noch einmal 12% zusätzlich zum Verdichten auf Drücke über 700bar um es transportieren oder "tanken" zu können. Das sind in Summe 59kWh pro 1kg.
Diese Werte sind im Wesentlichen durch die Physik vorgegeben und lassen sich leider auch mit neuen, noch so tollen Entwicklungen nicht mehr signifikant verbessern.
Wenn man mit einem sehr niedrigen Preis für Strom von, sagen wir 20 Cent/kWh rechnet, kostet ein Kilogramm Wasserstoff 11,80€.
Laut mehreren deutschen Autozeitschriften verbraucht ein Toyota Mirai zwischen 1,1kg/100km und 1,5kg/100km. 100km kosten also zwischen 13,00€ und 19,50€.
Zum Vergleich, 100km mit einem Elektroauto mit Akku kosten in diesem Vergleich (20Ct/kWh) bei einem angenommenen Verbrauch von 16kWh/100km nur 3,20€
Im Durchschnitt fährt jedes Auto 15.000km pro Jahr. Ein Wasserstoffauto hat dann im Schnitt (16,25€/100km) reine Treibstoffkosten von 2437,50€ gegen 480€ beim Elektroauto. In Vergleichen wird oft von einer Gesamtlebensdauer von etwa 180.000km oder 12 Jahren ausgegangen, dann kostet der Treibstoff für ein Wasserstoffauto insgesamt 29.250€ , für das Elektroauto 5760€. Das macht eine Differenz von 23.500€.
Weil der Wasserstoff nach jedem Tankvorgang wieder auf 700bar neu verdichtet werden muss, kann eine Wasserstofftanksäule nur etwas mehr als 1,5 Autos pro Stunde oder 40 Autos in 24h betanken. Wenn man dazu noch einrechnet, dass für den Preis (ca. 1.000.000€) einer einzigen Zapfsäule für Wasserstoff 20 Schnellladesäulen gebaut werden können, muss man eigentlich nicht mehr darüber nachdenken, zumal jeder zu Hause eine Steckdose hat, der Strom sich also leicht transportieren lässt.
Zusätzlich muss man für die gleiche Reichweite in Kilometern auch noch etwa 10 Mal mehr Tanklaster einsetzen, als bei Benzin oder Diesel, um den Wasserstoff zu den Tankstellen zu transportieren, weil selbst bei diesen hohen Drücken das Volumen von Wasserstoff ein Vielfaches beträgt.
Jedes einzelne Argument reicht für sich alleine, um einzusehen, dass Wasserstoff sicher nicht die Lösung ist…
Um auf die untenstehende Bemerkung von Herrn Klein einzugehen, der die hier angegebenen Zahlen anzweifelt, möchte ich im Weiteren eine Ergänzung zu meiner Antwort einfügen:
Um diesmal allen Zweifeln von vornherein zu begegnen, habe ich zu allen angeführten Zahlen unten Links angegeben, die diese belegen. Ist dadurch ein wenig unübersichtlich, aber da manche hier auch noch um Nachkommastellen feilschen, muss es leider sein.
Inzwischen ist allgemein bekannt, dass die herstellerseitig angegebenen Verbräuche nur entfernt mit der Realität zu tun haben (siehe Link 6). Für den Verbrauch habe ich deshalb nicht die Herstellerangabe, sondern Testverbräuche aus folgende Quellen herangezogen, die reale Testverbräuche ermittelt haben:
(Link1)-Nachrichten - electrive.net
: 1,0 - 1,3 kg/100km
(Link2)-Auto-Motor-und-Sport: 1,1 k/100km
(Link3)-Car News and Information | Motor1.com
: 1,5 kg/100km
(Link4)-Aktuelle Nachrichten, Hintergründe und Kommentare
: 1,3 kg/100km
Da ist es m.E. legitim von einem Verbrauch zwischen 1,1 und 1,5 kg/100km auszugehen.
Der momentane Preis für 9,50€/kg Wasserstoff ist von der Regierung festgelegt und hat nichts mit dem realen Herstellungspreis zu tun. Der Wasserstoff wird heute zu ca. 90% (siehe Link 8) durch Reformierung aus Erdgas gewonnen, für eine Tonne Wasserstoff werden 9 bis 13 Tonnen CO2 freigesetzt.
Um Wasserstoff klimaneutral herzustellen, muss man ihn künftig zwingend durch Elektrolyse mit regenerativem Strom herstellen. Für diesen Fall benötigt man die angegebenen 59 kWh Strom pro Kilogramm H2.
Wenn wir in Zukunft den Strom also nicht auf wundersame Weise aus dem Nichts herstellen können, sondern dafür bezahlen müssen, erhält man unter dieser Annahme die angegebenen, durchschnittlichen Kosten von 16,25€/100km für ein Brennstoffzellenauto, wie den Mirai.
Laut z.B. Verivox (siehe Link 7) verbrauchen Elektroautos durchschnittlich 15 kWh/100km. Bei Elektroautos finden 80% der Ladevorgänge zu Hause statt (siehe Link 5). Ich habe eine PV-Anlage, aber auch ohne gibt es zahlreiche Autostrom-Angebote die bei ca. 22 Cent / kWh anfangen. Daraus ergeben sich Kosten von 3,30 €/100km.
Die ins Feld geführten 50 Cent/kWh für Schnellladesäulen spielen kaum eine Rolle:
Die durchschnittliche Fahrstrecke beträgt 44 Kilometer pro Tag (siehe Link 9), der Anteil langer Strecken, auf denen man unterwegs Schnellladen muss liegt also im einstelligen Prozentbereich und ist für die Kostenbetrachtung irrelevant. Selbst wenn man mal Pech hat und eine Ladesäule erwischt, die 50 Cent pro kWh berechnet, spielt das bei den jährlichen Betriebskosten in der überwiegenden Zahl der Fälle keine Rolle.
Den Wasserstoff wird man im Gegensatz dazu niemals zu Hause tanken können und deshalb auch nicht günstiger beziehen können. Man bleibt weiterhin abhängig von einigen wenigen Großunternehmen, genau so, wie heute von den Ölmultis, deren erklärtes Ziel legitimerweise Gewinnmaximierung ist.
Wenn man seinen Verbrenner bei Fernfahrten an Autobahntankstellen tankt, bezahlt man ebenfalls deutlich höhere Preise, dennoch ist dieser Umstand offensichtlich kein Grund, sein Auto abzuschaffen, weil er ebenfalls kaum ins Gewicht fällt.
Im Normalfall hat man mehr Zeit zum Laden, z.B. über Nacht, dann kostet der Ladevorgang mit 11kW oder 22kW öffentlichen Ladesäulen eher um die 28 Cent/kWh und ist damit vergleichbar mit den Kosten, die Hausbesitzer beim Laden zu Hause haben.
Aber ganz gleich, welchen Strompreis man annimmt, dadurch dass Brennstoffzellenautos 4x mehr Strom pro 100km (15kWh/59kWh=3,93) brauchen, ist jedweder Vergleich obsolet.
Ein weiterer Einwand betrifft die langsame Verdichtung von Wasserstoff.
"Mit besserer Technologie geht das doch sicher schneller."
Das kostet jedoch zum Einen ein Vielfaches mehr an Energie und würde die Kosten einer Anlage ebenfalls exponentiell steigen lassen.
Man sollte sich vor Augen führen, dass 700bar einem Wert von 700kg/cm2 entspricht:
Angenommen, man hat einen Zylinder mit 100mm Durchmesser, dann hat dieser eine Querschnittsfläche von 78,5cm2, bei 700bar muss dieser Zylinder also eine Kraft von mindestens 54.950kg aufbringen, das sind knapp 55 Tonnen. Dabei wird das Volumen des Wasserstoffs von Atmosphärendruck (1 bar) auf 700bar erhöht, das Volumen dabei auf 1/700 verkleinert. Angenommen, der Zylinder ist 50cm lang, dann muss der Kolben im Zylinder sich von 0 bis 49,92cm bewegen.
Bei Umgebungsdruck hat 1kg H2 ein Volumen von 11,13 Kubikmeter (Link 10). Unser Beispielzylinder hat ein Volumen von etwa 2496cm3 also knapp 2,5 Liter. Der Zylinder muss also 4452 Hübe ausführen, um 1kg H2 auf 700bar zu verdichten. Ein Wasserstoffauto (Toyota Mirai) kann 5,6kg H2 speichern. Dafür muss der Zylinder also 24.931 Hübe ausführen.
Dabei steigt die Temperatur des Gases, weil folgende Beziehung (Link 11) gilt: p1/T1=p2/T2 also bei Enddruck von 700bar: 1bar/20°C=700bar/14.000°C. Das geht natürlich nicht, der Zylinder hält das niemals aus, also muss man während des Verdichtens kühlen um solche Temperaturen abzuführen, was bedeutet, man muss relativ langsam verdichten und benötigt eine riesige Kühlleistung. Das Problem liegt auch hier nicht nur in der "derzeitigen Technologie", das ist leider ein Naturgesetz.
1: Toyota Mirai: Komfortable Limousine mit nur einem herausstechenden Merkmal - electrive.net
2: Toyota Mirai (2019) im Test: Was taugt das Brennstoffzellen-Auto? (motor1.com)
3: Toyota Mirai im Test (Technische Daten) - AUTO MOTOR UND SPORT (auto-motor-und-sport.de)
4: Das Wasserstoffauto Toyota Mirai im Test - Auto & Mobil - SZ.de (sueddeutsche.de)
5: "80 Prozent der Ladevorgänge von Elektroautos finden zuhause statt" (journalistenakademie.de)
6: Realer Kraftstoffverbrauch liegt bis zu 74 Prozent über Herstellerangaben - FOCUS Online
7: Verbrauch beim Elektroauto – So viel Strom verbraucht das E-Auto (verivox.de)
8: Wasserstoffherstellung – Wikipedia
9: Mobilität in Deutschland – MiD. Ergebnisbericht. BMVI, infas, DLR, IVT, infas 360. Bonn, Berlin (mobilitaet-in-deutschland.de)
10.) http://www.dwv-info.de/wp-content/uploads/2016/01/Umrechnungstabelle_Wasserstoff.pdf
11.) https://Gasgesetze und Gasgleichung