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Sind Wasserstoffautos eine Alternative zu Elektroautos?
Wasserstoffautos gelten als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Verbrennermotoren und haben eine höhere Reichweite als viele Elektroautos. Allerdings gibt es noch wenige Tankstellen und der Transport sowie die Produktion sind aufwändig. Lohnt sich daher ein Wasserstoffauto überhaupt?
Zuletzt aktualisiert am 18.08.2023
Lesedauer: 8 Minuten
Inhaltsverzeichnis
So funktionieren Wasserstoffautos
Im Detail: der Antrieb von Wasserstoffautos
Wasserstoff muss produziert werden
Vorteile von Wasserstoffautos
Nachteile von Wasserstoffautos
Wasserstoff bleibt für Pkw ein Mythos
Kosten des Wasserstoffantriebs
Infrastruktur und Märkte von Wasserstoffautos
Wasserstoff versus Elektroauto
Energiewende und die Zukunft der Mobilität
So kommen Sie an einen Smart Meter
Vattenfall Fazit
So funktionieren Wasserstoffautos
Ein Wasserstoffauto wird, ebenso wie ein Elektroauto, üblicherweise mit einem Elektromotor angetrieben. Allerdings kommt beim Wasserstoffantrieb der Großteil des Stroms aus einer Brennstoffzelle statt aus einem Akku. Der komprimierte Wasserstoff gelangt beim Starten des Motors aus dem 700-bar-Drucktank in die Brennstoffzelle, in der durch Elektrolyse Strom erzeugt wird. Zusätzlich speichert ein kleiner Akku Bremsenergie und gibt diese beim Beschleunigen wieder ab.
Auch Verbrennermotoren können theoretisch mit Wasserstoff betrieben werden. Allerdings stellen die hohen Anforderungen an die verwendeten Materialien eine große Herausforderung dar. Unter anderem verursacht der Wasserstoff im Motor Probleme, da er beim Verbrennen Schmierstoffe angreift. Daher ist inzwischen klar, dass Wasserstoff-Verbrenner vermutlich niemals Serienreife erlangen werden.
Grauer Wasserstoff
Ein großer Teil des industriell produzierten Wasserstoffs wird durch die Umwandlung von Erdgas gewonnen. Dabei wird Erdgas erhitzt, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen. Dieses Verfahren ist sehr energieintensiv und belastet die Umwelt durch hohe CO2-Emissionen am stärksten im Vergleich zu den anderen Produktionsverfahren. Wasserstoff, der in diesem Prozess entsteht, nennt man grauen Wasserstoff.
Blauer Wasserstoff
Um die Umweltauswirkungen zu verringern, kann das Kohlendioxid auch in einem Kohlenstoffabscheidungsverfahren abgefangen und gespeichert werden. Dieses Verfahren nennt sich Carbon Capture and Storage (CCS). Das Kohlendioxid wird dabei unterirdisch gespeichert. Der Energieeinsatz für die Produktion von so genanntem blauem Wasserstoff ist ähnlich hoch wie im Produktionsprozess für grauen Wasserstoff, aber durch das CCS können die Emissionen erheblich reduziert werden.
Grüner Wasserstoff
Als umweltfreundliche Methode, die den sogenannten grünen Wasserstoff erzeugt, gilt die Elektrolyse von Wasser. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Damit der Wasserstoff auf diesem Wege umweltschonend hergestellt wird, ist es aber notwendig, dass Strom aus erneuerbaren Energiequellen zum Einsatz kommt.
Türkiser Wasserstoff
Durch die thermische Spaltung von fossilem Methan kann türkiser Wasserstoff hergestellt werden. In dem Prozess entsteht fester Kohlenstoff statt CO2. Damit dieses Verfahren als umweltfreundlich gilt, muss die benötigte Wärmeversorgung aus erneuerbaren Quellen stammen und der Kohlenstoff dauerhaft gebunden und nicht freigesetzt werden.
Treibhauswirkung verschiedener Wasserstoffarten bei Produktion mit aktuellem deutschem Strommix
| Wasserstoff | Ausgangsstoff | Nebenprodukt | Ø CO2-Emissionen pro Megajoule Wasserstoff |
| Grau | Erdgas, Kohle | CO2 in der Atmosphäre | 130 g |
| Blau | Erdgas, Kohle | CO2 unterirdisch | 105 g |
| Türkis | Methan | Kohlenstoff, fest | 100 g |
| Grün | Wasser/Biomasse | Sauerstoff | 30 g |
Gut zu wissen: Wasserstoff aus Biomasse
Wasserstoff kann auch aus Biomasse hergestellt werden. Biomasse besteht aus organischem Material wie Pflanzen, Tierabfällen oder Algen. Durch chemische Prozesse wird das Material in Wasserstoff umgewandelt. Bei der Erzeugung des Biowasserstoffs kann nicht nur CO2 eingespart werden, sondern nach neuesten Forschungen sogar CO2 aus der Atmosphäre entzogen werden. Das CO2 aus der pflanzlichen Biomasse wird abgefangen und gespeichert oder als Rohstoff genutzt.
Vorteile von Wasserstoffautos
Die Nutzung von Wasserstoffautos klingt im ersten Moment nach einer guten Lösung: Statt Benzin oder Diesel tanken wir Wasserstoff und die Autos stoßen keine Treibhausgase mehr aus. Doch so einfach lässt sich das leider nicht umsetzen. Trotzdem nachfolgend einmal die Vorteile im Überblick:
Umweltfreundlich
Der größte Pluspunkt von Wasserstoffautos liegt darin, dass sie keine schädlichen Emissionen im Betrieb ausstoßen. Als Nebenprodukt entsteht lediglich Wasser und so können Wasserstoffautos zur Reduzierung der Luftverschmutzung und der Treibhausgase beitragen.
Schnell
Die meisten Wasserstoffauto-Modelle können innerhalb von drei Minuten betankt werden. Die Tankzeiten sind damit deutlich kürzer als von E-Autos.
Bequem
Die Reichweite kann es mit Benzinern oder Dieselfahrzeugen aufnehmen. Die Kosten für den Kraftstoff ähneln denen von herkömmlichem Benzin oder Diesel.
Geringer Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der zugeführten Energie für die Fortbewegung des Wagens eingesetzt wird. Laut Bundesumweltministerium hat ein Benzinmotor einen Wirkungsgrad von etwa 20 %, ein Elektromotor rund 64 % und eine Wasserstoffbrennstoffzelle etwa 27 %. Ein Wasserstoffauto benötigt also das Doppelte bis Dreifache an Strom für die gleiche Strecke wie ein Elektroauto.
Teure Brennstoffzellentechnik
Die Produktion von Wasserstoffbrennstoffzellen ist aufwändig. Außerdem kommen teure Rohstoffe, wie zum Beispiel Platin, zum Einsatz. Das verursacht Treibhausgasemissionen und weitere negative Umweltauswirkungen.
Herstellung von Wasserstoff
Wasserstoff muss immer produziert werden. Der Großteil des Wasserstoffs an den deutschen Tankstellen wird derzeit aus fossilen Bodenschätzen gewonnen. Es gibt kaum grünen Wasserstoff, was ihn nicht gerade zu einer nachhaltigen Alternative macht.
Teure Tanks
Damit genug Wasserstoff in den Tank passt, muss dieser mit einem Druck von 700 bar befüllt werden. Daher ist er dickwandig. Eine spezielle Beschichtung verhindernt zudem, dass Wasserstoffmoleküle entweichen können. Das macht den Tank teuer.
Aufwändiger Transport
Wasserstoff kann nicht durch existierende Gas-Pipelines gepumpt werden, weil das Gas entweichen und der Stahl geschädigt würde. Deswegen muss er in Tanklastern zu den Tankstellen transportiert werden. Aufgrund des großen Volumens wird Wasserstoff meist in flüssiger Form geliefert. Für die Verflüssigung benötigt man jedoch sehr leistungsstarke Kühlanlagen und viel Energie. Auch geht wieder Fläche für die Isolierung im Tank verloren.
Probleme an der Tankstelle
Tankanlagen für Wasserstoffautos sind aufgrund der technischen Voraussetzungen sehr teuer und können aber nur wenige Autos pro Stunde betanken. Zwischen zwei Tankvorgängen muss immer erst etwas Zeit vergehen, weil der Zapfhahn beim Betanken vereisen kann.
Hohe Wartungskosten
Zwar ist ein Wasserstoffauto ähnlich aufgebaut wie ein Elektroauto, zusätzlich benötigt es jedoch die komplexe Brennstoffzelle und den speziellen Tank. Dadurch entstehen höhere Wartungskosten.
Wasserstoff bleibt für Pkw ein Mythos
Wasserstoff als Antrieb für Autos hört sich erstmal gut an: Es entstehen keine schädlichen Treibhausgase und bei der Produktion von grünem Wasserstoff werden erneuerbare Energiequellen genutzt.
Allerdings entstehen bei der Produktion von Wasserstoffautos hohe Kosten und es gibt nur wenige Tankstellen. Auch ist der Aufwand für den Transport von Wasserstoff hoch. Und die Preise werden laut einer Untersuchung des Fraunhofer Instituts aufgrund mangelnder Nachfrage hoch bleiben.
Zudem ist es energetisch viel sinnvoller, Energie aus erneuerbaren Quellen direkt für den Antrieb von Elektroautos zu nutzen, statt die vielfache Menge in die Herstellung von Wasserstoff zu investieren. Eine kommerzielle und flächendeckende Nutzung von Wasserstoff als Antriebsform von Elektroautos ist daher nicht zu erwarten.
Kosten des Wasserstoffantriebs
Die Kosten für Wasserstoff an der Tankstelle liegen laut Umweltbundesamt bei etwa 9,50 Euro pro Kilogramm Wasserstoff, der für 100 Kilometer reicht. Sie sind damit vergleichbar mit den Kosten für Benzin. Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wäre deutlich teurer.
Die Entwicklung der Strompreise bestimmt maßgeblich, wie teuer das Fahren mit einem E-Auto künftig sein wird. Wer sein E-Auto über eine eigene Solaranlage betanken kann, fährt weit günstiger als beim Tanken an Ladesäulen. Die Strompreise bleiben nach Prognosen der Regierung weiterhin hoch und werden künftig nicht unter 30 Cent fallen.
Der CO2 Preis wird künftig dafür sorgen, dass die Kosten für Diesel und Benzin ebenfalls ansteigen. Das System funktioniert so, dass Unternehmen, die fossile Rohstoffe in den Verkehr bringen, für jede Tonne CO2, die durch deren Verbrennung verursacht wird, ein Emissionszertifikat erwerben müssen. Der ADAC hat ausgerechnet, dass die Preise für Benzin und Diesel dadurch bis 2026 um circa 15,9 Cent pro Liter Benzin bzw. um 17 Cent pro Liter Diesel ansteigen werden.
| Strom | Benzin | Wasserstoff | |
| 2023 | 32 Ct./kWh | 1,82 € /l | 9,50 € /kg |
| 2030 | 38 Ct./kWh | 2,04 € /l | 5,70 € – 10,00 € |
| 2050 | 32 Ct. /kWh | 2,32 € /l | 4,60 € - 7,80 € |
Eine Alternative zu Wasserstoffautos mit Brennstoffzelle sind E-Fuels oder Power-to-X. Die synthetischen Kraftstoffe auf Basis von Wasserstoff können in herkömmlichen Autos eingesetzt werden. Ihre Produktion ist nach heutigem Stand aber noch sehr teuer und wird sich laut einer Untersuchung von Greenpeace zwar reduzieren, aber voraussichtlich im Jahr 2030 dennoch bei 2,29 Cent pro Liter liegen. Aktuell liegt der Preis bei vier Euro und mehr. Hinzu kommt die schlechte Klimabilanz: Wird Wasserstoff zu E-Fuels weiterverarbeitet, benötigt das sehr viel Energie. Und E-Fuels haben in klassischen Verbrennermotoren den gleichen geringen Wirkungsgrad wie Benzin oder Diesel.
Infrastruktur und Märkte von Wasserstoffautos
Im Jahr 2022 lag in Deutschland der Anteil von Neuzulassungen mit alternativem Antrieb bei 44,5 %. Das entspricht 358.726 Fahrzeugen. Fast ein Viertel aller Neuzulassungen hatte einen Elektroantrieb (24,2 %). Insgesamt wurden im Jahr 2022 jedoch nur 894 Fahrzeuge mit Brennstoffzelle zugelassen.
In Deutschland sind der Hyundai Nexo und der Toyota Mirai erhältlich. Die Anzahl der Wasserstofftankstellen lag im Jahr 2022 bei 95. Laut Statistischem Bundesamt gab es im Jahr 2022 weltweit rund 25,9 Millionen Elektroautos. Die Verkaufszahlen von Wagen mit Brennstoffzellenantrieb lagen im Jahr 2021 bei nur 15.500. Das Elektroauto setzt sich also immer weiter durch – sowohl in Deutschland als auch international.
Wasserstoff versus Elektroauto
Es ist nicht so leicht, die beiden Fahrzeugtypen miteinander zu vergleichen, da beide ihre Vor- und Nachteile haben. Grundsätzlich haben sowohl Wasserstoffautos als auch Elektroautos das Potenzial, Treibhausgase zu verringern und einen Teil zum klimaschonenden Straßenverkehr beizutragen. Die Produktion der Batterien und Brennstoffzellen sind derzeit noch nicht sehr umweltfreundlich, der Betrieb hingegen kann, sofern erneuerbare Energiequellen genutzt werden, nahezu emissionsfrei sein. Die Reichweite von Wasserstoffautos ist etwas höher als die von Elektroautos und sie lassen sich auch schneller wieder befüllen, jedoch ist die Infrastruktur von Wasserstofftankstellen unzureichend im Vergleich zu Ladesäulen. Die Auswahl von E-Auto-Modellen ist größer als die von Autos mit Brennstoffzellen. Zudem sind Wasserstoffautos teurer in der Anschaffung. Der Preis für den Toyota Mirai startet derzeit bei etwa 65.990 Euro. Den Hyundai Nexo gibt es ab 77.290 Euro. Zum Vergleich: das TESLA Model 3 ist ab rund 45.000 Euro erhältlich.
Energiewende und die Zukunft der Mobilität
Das Ziel der Energiewende ist es, eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung zu realisieren. Dafür ist es nötig, Treibhausgase zu minimieren und Alternativen zu herkömmlichen Verfahren und Produkten umzusetzen. Die Energieversorgung wandelt sich von zentralen Großkraftwerken hin zu einer dezentralisierten Struktur mit zahlreichen kleinen Erzeugern. Die Verteilernetze müssen so angepasst werden, dass Erzeuger, Verbraucher und Speicher besser miteinander interagieren können. Der Einsatz von Wasserstoff mag für den Antrieb von Pkws nicht optimal geeignet sein und sich nicht flächendeckend durchsetzen, zur Dekarbonisierung der Industrie, des Schiffs- und Flugverkehrs bieten sich aber große Chancen.
So kommen Sie an einen Smart Meter
In den nächsten Jahren bauen die Netzbetreiber ohnehin in allen Haushalten Smart Meter ein, deren Verbrauch 6.000 kWh/Jahr übersteigt oder die eine PV-Anlage mit mehr als 7 kWp Leistung betreiben. Das hat der Bundestag im April 2023 beschlossen. Die Netzbetreiber kommen von sich aus auf die Haushalte zu, Sie müssen also nicht tätig werden. Sie können sich aber auch proaktiv beim Netzbetreiber melden und den Einbau eines Smart Meters beantragen. Das ist vor allem bei der Montage einer Wallbox oder einer Wärmepumpe zu empfehlen.
Fossilfreier Stahl dank Wasserstoff
Ein Beispiel für die Chancen von Wasserstoff in der Industrie ist das Projekt HYBRIT: In Zusammenarbeit mit Vattenfall walzte der Stahlerzeuger SSAB 2022 erstmals fossilfrei hergestellten Stahl. Statt Kokskohle wurde Wasserstoff als Reduktionsmittel in der Stahlproduktion eingesetzt. Ab 2026 soll der Markt in industriellem Maßstab mit fossilfreiem Stahl beliefert werden. Dadurch kann SSAB die Kohledioxidemissionen Schwedens um mindestens 10 % und die Finnlands um 7 % verringern.
Vattenfall Fazit
Der Antrieb von Autos mit Wasserstoff ist umstritten. Einerseits beeindrucken Wasserstoffautos mit einer hohen Reichweite, schnellen Ladezeiten und die einzige Emission im Betrieb ist Wasser. Andererseits sind der aufwändige Transport des Wasserstoffs, die mangelnde Tankstelleninfrastruktur, der geringe Wirkungsgrad und die kostspielige Brennstoffzellentechnik als Nachteile zu sehen. Wasserstoffautos werden sich also in Zukunft wohl eher nicht durchsetzen.
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