Bei der Hindenburg-Katastrophe kamen am 6. Mai 1937 in Lakehurst, New Jersey, nicht nur 36 Menschen ums Leben. Sie zerstörte auch jahrzehntelang das Vertrauen der Öffentlichkeit in Wasserstoff. Das Luftschiff war im wahrsten Sinne des Wortes ein Luftschiff aus Gas. Wasserstoff ist das einfachste Element im Universum – ein Proton, ein Elektron, das leichteste Atom, das es gibt. Es hat auch einen heftigen Schlag. Wenn Sie den leichtesten Kraftstoff mit Sauerstoff mischen und einen Funken hinzufügen, wird eine enorme Energiefreisetzung erzielt. Die Öffentlichkeit sah die Energiefreisetzung im Feuer und im verdrehten Metall.
Die Angst machte sich breit. Der „Wasserstoff-Angstfaktor“ wurde zu einem festen Bestandteil der kulturellen Psyche. Lange Zeit wollte niemand das Zeug mit einer drei Meter langen Stange berühren.
Jetzt haben wir es mit einer Krise anderer Art zu tun. Die Ölversorgung wird knapper. Emissionen ersticken den Himmel. Energieforscher wenden sich mit neuem Blick wieder dem Wasserstoff zu. Es verspricht eine saubere Alternative. Keine Treibhausgase. Nur Wasserdampf und Wärme als Nebenprodukte. Es hat die höchste Energieausbeute aller verfügbaren Kraftstoffe. Es ist auch reichlich vorhanden. Sie können es aus Erdgas gewinnen oder aus Wasser spalten.
Aber es gibt einen Haken. Wir fragen uns immer noch, ob Wasserstoff-Brennstoffzellenautos tatsächlich sicher sind. Und was noch wichtiger ist: Wie nutzt man es überhaupt? Die Technologie existiert, aber die Hürden sind hoch.
Das Speicherproblem
Das Hauptproblem ist nicht die Erzeugung von Wasserstoff. Es speichert es. Um mit einem Wasserstoffauto eine nennenswerte Reichweite zu erreichen, braucht man viel Benzin. Das Komprimieren von Wasserstoff erfordert einen enormen Druck. Die meisten aktuellen Systeme verdichten das Gas auf 700 bar. Das sind etwa 10.000 Pfund pro Quadratzoll.
Der Umgang mit diesem Druck birgt neue Risiken. Sie haben es nicht mehr nur mit einem brennbaren Gas zu tun. Sie haben es mit einer komprimierten Bombe zu tun. Die Panzer müssen unglaublich stark sein. Eine um eine Kunststoffauskleidung gewickelte Kohlefaser ist heute die Standardlösung. Es ist teuer. Es ist schwer. Und die Herstellung im großen Maßstab ist komplex.
Tankinfrastruktur
Wo tanken Sie? Es gibt keine Wasserstofftankstellen. Nicht wirklich. Das Netzwerk ist spärlich. Vielleicht finden Sie eine Pumpe in Kalifornien, vielleicht in Japan oder Deutschland. Aber in den meisten Teilen der Welt hat man Pech. Diese Infrastrukturlücke führt zu einem Henne-Ei-Problem. Die Leute werden keine Autos ohne Stationen kaufen. Unternehmen werden keine Bahnhöfe ohne Autos bauen.
Der Bau von Stationen ist teuer. Die Pumpen müssen die Hochdruckabgabe sicher bewältigen können. Sie benötigen spezielle Sicherheitssysteme, die Tankstellen nicht benötigen. Die Kosten für den Bau einer einzelnen Wasserstoffstation können mehrere Millionen Dollar betragen. Vergleichen Sie das mit einer normalen Zapfsäule oder sogar einem elektrischen Ladegerät.
Die Effizienzfrage
Dann gibt es noch die Effizienzdebatte. Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzelle werden oft als sauberer angepriesen als batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs). Aber die Mathematik wird unklar. Den Wasserstoff muss man erst erzeugen. Bei der Elektrolyse wird Strom zur Spaltung von Wasser genutzt. Dieser Prozess verliert Energie. Dann komprimieren Sie es. Dann transportieren Sie es. Dann steckt man es in eine Brennstoffzelle, um es wieder in Strom umzuwandeln und den Motor anzutreiben.
Jeder Schritt fügt Verlust hinzu. Batterieelektrische Fahrzeuge laden direkt. Weniger Konvertierungsschritte. Weniger Energieverschwendung. Wasserstoff-Brennstoffzellen bieten einen weiteren Vorteil: schnelles Auftanken und größere Reichweite. Aber das Ganze
Wasserstoff ist keine Quelle. Es ist ein Träger.
Denken Sie an Elektrizität. In einem Kolben kann man keine Elektronen verbrennen. Aber Sie erzeugen Strom durch die Verbrennung von Kohle, Gas oder Öl. Dieser Strom gelangt zu Ihrer Steckdose. Wasserstoff funktioniert genauso. Es speichert die bei der Produktion entstehende Energie.
Diese Unterscheidung ist wichtig, weil Wasserstoff Input benötigt. Wir müssen Energie hineinstecken, um sie herauszuholen.
Vergleichen Sie das mit Öl. Öl erfordert Bohren. Pumpen. Verfeinerung. Versand. Es ist eine chaotische, geopolitisch aufgeladene Lieferkette. Mit Wasserstoff können wir Treibstoff lokal produzieren. Es umgeht den geopolitischen Konflikt im Zusammenhang mit den Erdölreserven.
Das Methanproblem
Der aktuelle Standard ist reformierend. Insbesondere die Methanreformierung.
Wir verbrennen Erdgas, um Wasserstoff von Kohlenwasserstoffen zu trennen. Es ist heute die praktikableste Methode. Es ist auch schmutzig.
Was den Ausstoß von Treibhausgasen (THG) angeht, stehen wir wieder ganz am Anfang. Das Auto stößt nichts aus. Doch der Produktionsprozess verbrennt fossile Brennstoffe. Es setzt Treibhausgase frei. Die Übertragung ist sauber. Die Schöpfung ist es nicht.
Saubere Produktionswege
Es gibt sauberen Strom. Wasserkraft. Wind. Solar.
Wasserstoff kann auf die gleiche Weise hergestellt werden. Forscher testen Elektrolyse mit erneuerbaren Energien. Einige Gruppen nutzen sogar Mikroben, die Algen fressen. Die Mikroben scheiden Wasserstoff als Abfall aus.
Bei diesen Methoden wird die Verbrennung fossiler Brennstoffe vollständig vermieden. Ihre Zuverlässigkeit wird noch geprüft. Aber sie bieten einen Weg zu wirklich sauberem Kraftstoff.
Wie Brennstoffzellen funktionieren
Autoingenieure bauten Wasserstoff-Brennstoffzellen, um das Speicher- und Nutzungsrätsel zu lösen.
Diese Zellen nutzen elektrochemische Umwandlung. Wasserstoff wird gespalten. Protonen und Elektronen werden getrennt. Durch diese Aufteilung wird Strom erzeugt.
Die Elektronen fließen durch einen externen Stromkreis. Das treibt den Motor an. Die Protonen und Elektronen rekombinieren mit Sauerstoff. Das einzige Nebenprodukt ist Wasser.
Eine einzelne Zelle produziert nicht genug Strom für eine Limousine. Ingenieure stapeln sie. Brennstoffzellenstacks erhöhen Spannung und Strom. Legen Sie genügend Stapel zusammen und das Auto fährt.
Speicherprobleme
Der Flaschenhals ist die Speicherung von Wasserstoff an Bord.
Es gibt zwei Methoden. Unter hohem Druck stehendes Gas. Oder extrem kalte Flüssigkeit. Tiefkalter Wasserstoff.
Druckbehälter arbeiten an der Pumpe. Sie sind schwer. Sperrig.
Flüssiger Wasserstoff benötigt ein Bordsystem, um ihn gefroren zu halten. Dieses System erhöht das Gewicht. Gewicht tötet die Effizienz. Das Fahrzeug muss die Kühlinfrastruktur überallhin transportieren. Für aktuelle Verbraucherfahrzeuge ist dies nicht praktikabel.
Der Angstfaktor
Die Forschung geht weiter. Ingenieure optimieren die Lagerung. Sie verfeinern die Stapel.
Aber es gibt ein menschliches Element. Öffentliche Angst.
Die Menschen stellen sich Wasserstoff wie Benzin vor. Explosiv. Flüchtig. Sie stellen sich vor, wie ein Kotflügelbieger ihr Auto in einen weißglühenden Flammenball verwandelt.
Die Wissenschaft könnte die Physik knacken. Aber wenn Autofahrer den Kauf des Autos verweigern, weil sie befürchten, dass es explodiert, versagt die Technik. Der nächste Schritt ist nicht nur die Technik. Es ist Psychologie.
Warum Wasserstoff tatsächlich sicherer als Benzin ist
Die Angst vor Wasserstoff ist größtenteils historischer Ballast. In der Praxis ist Wasserstoff oft sicherer als die kohlenstoffbasierten Kraftstoffe, die derzeit durch unsere Benzintanks strömen. Flüssiges Benzin läuft aus und breitet sich aus. Es klebt. Wenn es sich entzündet, erzeugt es heiße Asche und intensive Strahlungshitze, die alles in der Nähe verbrennt. Wasserstoff macht das nicht. Reiner Wasserstoff verbrennt ohne Kohlenstoff, es entsteht keine heiße Asche und es entsteht nur sehr wenig Strahlungswärme.
Es gibt auch die Physik auf ihrer Seite. Wenn Wasserstoff austritt, sammelt er sich nicht am Boden. Es steigt schnell in die Atmosphäre auf. Im Vergleich zu schwereren Kraftstoffen wie Propan oder Benzindampf hat es weniger Zeit, sich anzusammeln und zu verbrennen.
Den Hindenburg-Mythos entlarven
Sowohl Befürworter als auch Gegner des Wasserstoffantriebs greifen die Hindenburg-Katastrophe auf. Gegner nennen es eine warnende Geschichte. Befürworter argumentieren, es handele sich tatsächlich um eine Entlastung für Wasserstoff.
Die Katastrophe wurde nicht durch den Wasserstoff selbst verursacht. Es handelte sich um das Aluminiumpulver, mit dem die Haut des Luftschiffs beschichtet war, um das Sonnenlicht zu reflektieren – ein Material, das Raketentreibstoff ähnelt. Der Baumwollstoff wurde mit leicht entflammbarem Acetat imprägniert. Als das Feuer ausbrach, brannten die Wasserstoffflammen nach oben, weil das Gas so leicht ist. Dadurch blieben die Passagiere darunter relativ unbehelligt. 35 der 36 Todesfälle waren auf den Sprung von Passagieren aus dem Luftschiff zurückzuführen. Alle, die an Bord blieben, überlebten.
Die Herausforderung der Lagerung: Stahl vs. Verbundwerkstoffe
Die eigentliche Hürde ist nicht die Anwendungssicherheit. Es ist Speicher. Wir brauchen Panzer, die bei einem Absturz nicht zur Warnung werden. Was macht den besten Speichertank aus, um zu verhindern, dass Wasserstoff bei einem Autounfall explodiert?
Stahl ist eine Option. Diese Tanks sind stark genug, um Wasserstoffgas zuverlässig zu transportieren. Bei einem Unfall kann ein Stahltank einem Aufprall standhalten, ohne dass er durchsticht oder zerbricht. Aber es gibt einen Haken. Wasserstoff ist leicht und hat eine geringere Dichte als Benzin. Um genügend Kraftstoff für eine angemessene Reichweite zu fassen, müsste ein Stahltank viel größer sein als ein herkömmlicher Benzintank. Es wäre auch schwer. Dieses Gewicht zerstört die Energieeffizienz.
Fortschrittliche Materialien und Metallhydride
Verbundwerkstoffe sehen vielversprechender aus als Stahl. Tanks aus Polyethylen sind leicht und können so geformt werden, dass sie an das Fahrgestell eines Autos passen. Sie sind so konzipiert, dass sie pulverisieren – die Aufprallenergie absorbieren, indem sie zu Staub zerfallen und den Wasserstoff angeblich sicher in die Atmosphäre abgeben.
Wasserstoff kann letztendlich in Materialien gespeichert werden, die das Element einfangen und es nur bei Bedarf freisetzen. Metallhydrid ist eine solche Technologie. Bestimmte Metalle fangen Wasserstoffmoleküle in ihrem Strukturgitter ein. Der Wasserstoff bleibt sicher, bis das Metall erhitzt wird und dann das Gas freisetzt. Dies ist besonders reizvoll, da die zur Freisetzung des Wasserstoffs erforderliche Wärme aus der Abwärme der Brennstoffzelle selbst stammen könnte.
Der „Wasserstoff-Angstfaktor“ stoppt die Forschung nicht. Wenn der Welt tatsächlich das Öl ausgeht, müssen diese Befürchtungen möglicherweise beiseite gelegt werden. Die Technologie entwickelt sich weiter, aber die Infrastruktur holt immer noch auf.
Viele weitere Informationen
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Weitere tolle Links
- Homepage des US-amerikanischen Energieministeriums (DOE Energy Efficiency and Renewable Energy, EERE).
- Rocky Mountain Institut
- Radiosendung zur Hindenburg-Katastrophe im Nationalarchiv
Quellen
- Edwards, Peter P. „Unsere Angst vor Wasserstofftankstellen.“ Die Zeiten. 21. April 2008.
- Kruszelnicki, Karl S. „Hindenburg und Wasserstoff.“ Australische Rundfunkgesellschaft. 2004.
- Murphy, Christian. „Differenzierung von Energiequellen und -trägern.“ Consumer Energy Council of America. 30. Juli 2003.
- „Brennstoffzellenfahrzeuge.“ Kalifornische Energiekommission.
- „Kraftstofflagerung.“ Princeton University.
- „So funktionieren sie: PEM-Brennstoffzellen.“ Kraftstoffverbrauch.gov.
- „Fakten zu Wasserstoff.“ Consumer Energy Council of America. 2003.
- „Wasserstoffproduktion und -lieferung.“ Nationales Labor für erneuerbare Energien. 1. Juni 2007.
- „Ist Wasserstoff gefährlich?“ Rocky Mountain Institut.
- „Metallhydride.“ US-Energieministerium. 6. November 2006.
- „Szenen aus der Hölle: Herb Morrison – Hindenburg-Katastrophe, 1937.“ Nationalarchive.
