Du kennst die Übung. Sie fahren in die Tankstelle, füllen den Tank und sehen zu, wie die Uhr tickt. Jedes Mal, wenn Sie das tun, verbrauchen Sie eine endliche Ressource. Fossile Brennstoffe sind lediglich komprimiertes prähistorisches Leben. Das Angebot schrumpft. Der Preis wird von einer Handvoll Nationen diktiert. Und für ein Land wie die USA ist die Abhängigkeit von ausländischem Öl ein Problem der nationalen Sicherheit, das scheinbar nie gelöst wird. Wir sind seit Jahrhunderten auf diesen schmutzigen Brennstoff angewiesen. Es geht zu Ende.
Die Lösung könnte direkt über unseren Köpfen schweben. Buchstäblich.
Das Wasserstoff-Paradoxon
Das Universum besteht größtenteils aus Wasserstoff. Ungefähr 75 Prozent von allem da draußen ist H. Aber hier auf der Erde? Nicht so viel reines Zeug. Wasserstoffgas liegt in Form von H2-Molekülen vor. Sie sind so leicht, dass sie, wenn man sie nicht einfängt, der Schwerkraft der Erde entkommen und in den Weltraum schweben. Deshalb sieht man selten reinen Wasserstoff. Es ist normalerweise an andere Elemente gebunden. Wasser ist das große Thema. H2O. Wasserstoff plus Sauerstoff.
Reinen Wasserstoff aus dieser Mischung zu gewinnen, erfordert Arbeit. Es gibt mehrere Methoden. Der derzeit gebräuchlichste Weg ist die Gewinnung aus Erdgas. Sie können Wassermoleküle auch durch Elektrolyse spalten. Forscher erwägen sogar die biologische Herstellung aus Algen oder bestimmten Bakterien. Einiges davon ist Standardverfahren. Ein Teil davon befindet sich noch im Labor.
Die Wasserstoffwirtschaft
Bereits 1970 prägte der Chemiker John Bockris den Begriff Wasserstoffwirtschaft. Die Idee war einfach. Eine Zukunft, in der jedes Fahrzeug mit Wasserstoff fährt. Kein Wunschtraum mehr. Wir haben die Technologie.
Die Schlüsselkomponente ist die Brennstoffzelle. Es erzeugt Strom mit Wasserstoff. Keine Verbrennung. Nur Chemie.
Autohersteller bauen seit Jahren Konzeptautos. Denken Sie an den Volkswagen Tiguan HyMotion. Oder der Chevrolet Equinox Brennstoffzellen-SUV. Das sind nicht nur Blaupausen. In Kalifornien kann man tatsächlich ein Serienmodell kaufen. Der Honda FCX Clarity ist bereits auf der Straße.
Keine Umweltverschmutzung mehr?
Das Versprechen ist sauber. Der einzige Ausstoß eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist Wasserdampf. Das ist es. Kein Kohlenmonoxid. Keine Stickoxide. Nur feuchte Luft.
Aber es gibt Hürden. Woher kommt der Wasserstoff? Wenn Sie es aus Erdgas herstellen, verwenden Sie immer noch fossile Brennstoffe. Sie haben gerade die Verschmutzung vom Auspuff zum Kraftwerk verlagert. Ist das wirklich besser? Die Antwort hängt vom Raster ab. Wenn der Strom für die Elektrolyse aus Kohle stammt, verlagert man lediglich das Problem. Wenn es aus Wind oder Sonne kommt, ändert sich die Gleichung völlig.
Dann gibt es noch Speicher. Wasserstoff hat eine geringe Volumenenergiedichte. Sie benötigen Hochdrucktanks. Oder kryogene Kühlung. Das erhöht das Gewicht. Komplexität. Kosten.
Die Infrastruktur ist eine weitere Mauer. Im Vergleich zu Zapfsäulen gibt es fast keine öffentlichen Wasserstofftankstellen. Bis es ein Netzwerk gibt, ist der Honda FCX Clarity eine schöne Neuheit für Erstanwender in sonnigen Bundesstaaten. Es handelt sich noch nicht um eine Lösung für den Massenmarkt.
Kann Wasserstoff Benzin ersetzen? Ja. Sollte es? Vielleicht. Die Technik funktioniert. Die Physik ist solide. Die Politik ist chaotisch. Die Wirtschaftslage ist hart. Wir warten darauf, dass der Preis sinkt und die Tanks größer werden. Bis dahin können Sie weiter Gas pumpen. Oder Sie fahren durch Kalifornien und beobachten, wie das Wasser von Ihrer Stoßstange tropft.
Brennstoffzellen reduzieren nicht nur die Umweltverschmutzung. Sie beseitigen es. Insbesondere CO2-Emissionen. Wenn Sie Strom in einer Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugen, sind die einzigen Outputs Wärme und Wasser. Reines Wasser. Wenn jedes Fahrzeug auf der Straße auf diese Technologie umsteigen würde, würde der dichte Smog, der viele US-Städte erstickt, weitgehend verschwinden. Der größte Teil dieses sichtbaren Dunstes entsteht durch Fahrzeugabgase. Die Environmental Protection Agency stellt fest, dass die Hälfte aller Amerikaner in Gebieten lebt, in denen sich die Umweltverschmutzung negativ auf die menschliche Gesundheit auswirkt. Bei der Reduzierung von Smog geht es nicht nur um schöne Aussichten. Es geht um Gesundheit.
Verbrennungsmotoren sind schmutzig. Sie verbrennen Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis. Zu den Nebenprodukten gehören Kohlendioxid, Wasser und Ruß. Diese winzigen Materieteilchen verschwinden nicht einfach. Wenn Menschen sie einatmen, können die Folgen schwerwiegend sein. Asthma. Lungenkrebs. Andere Atemwegserkrankungen. Dann gibt es Kohlendioxid. Die meisten Wissenschaftler sind sich einig, dass ein erhöhter CO2-Ausstoß in der Atmosphäre zur globalen Erwärmung beiträgt. Das Potenzial für schädliche Klimaveränderungen auf der ganzen Welt ist real.
Übergang zu sauberen Energiequellen
Die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf umweltfreundliche Quellen wie Wasserstoff ist für das 21. Jahrhundert von entscheidender Bedeutung. Wir müssen diese Probleme reduzieren. Aber die Realität der aktuellen Flotte ist krass. Heute sind mehr als 130 Millionen benzinbetriebene Fahrzeuge unterwegs. Brennstoffzellenautos werden in naher Zukunft keinen ausreichenden Unterschied machen, um die Weichen für Umweltverbesserungen zu stellen. Die Barriere ist nicht nur eine Ideologie. Es ist Wirtschaft.
Frühe Brennstoffzellenautos werden wahrscheinlich mindestens 100.000 US-Dollar kosten. Aufgrund dieses Preises sind sie für den normalen Autofahrer unerschwinglich. Man kann sich den Klimawandel nicht freikaufen, wenn das Auto so viel kostet wie ein Haus. Die Infrastruktur ist ein weiteres fehlendes Stück. Wir brauchen Wasserstoffproduktionsanlagen. Wir brauchen Tankstellen. Beides existiert noch nicht in großem Maßstab. Einige Beobachter argumentieren, dass kurzfristige Umweltvorteile aus einem Technologiemix resultieren. Wasserstoffautos. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. Andere alternative Kraftstoffe. Ein hybrider Ansatz für das Netz.
Warum die Luftverschmutzung anhält
Die bestehende Luftverschmutzung wird nicht so schnell verschwinden. Der Zeitplan ist wichtig. Ruß setzt sich innerhalb von Wochen oder Monaten aus der Atmosphäre ab. Kohlendioxid bleibt wesentlich länger erhalten. Jahrzehnte. Selbst wenn wir heute alle Quellen von Kohlenstoffemissionen eliminieren würden, würde es noch Jahre dauern, bis sich der Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre wieder normalisiert. Die Trägheit des Klimasystems ist groß.
Autos sind nur eine Quelle von CO2-Emissionen. Sie sind bedeutend, aber nicht die einzigen. Auch Kohlekraftwerke pumpen Kohlenstoff in die Atmosphäre. Um die globale Erwärmung zu verhindern, müssen wir auch diese Emissionen reduzieren. Es ist ein Mehrfrontenkrieg.
Wasserstoffeffizienz vs. Benzin
Effizienz ist ein weiterer großer Vorteil der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Ein Verbrennungsmotor ist ein verschwenderisches Biest. Es verbraucht weniger als 20 Prozent der chemischen Energie von Benzin. Der Rest? Als Hitze verloren. Eine Brennstoffzelle ist wesentlich effizienter. Es nutzt rund 60 Prozent der im Wasserstoff verfügbaren Energie. Das ist eine riesige Lücke. Sie erhalten mehr Meilen pro Energieeinheit. Weniger Abfall.
Keine Abhängigkeit mehr von ausländischem Öl?
Wir importieren mehr als die Hälfte des Öls, das die USA verbrauchen. Das ist eine erstaunliche Zahl. Zwei Drittel des importierten Rohöls gelangen direkt in Tanks. Der Transport verschlingt es. Da sich ein großer Teil dieser Lieferkette im Ausland befindet, haben wir keine Kontrolle über die Preisschilder. Wir kontrollieren die Versorgungsleitungen nicht. Ein Großteil dieses Treibstoffs stammt aus dem Nahen Osten. Das sind Regionen, die anfällig für politische Instabilität sind.
Die USA versuchen seit den 1970er Jahren, diese Gewohnheit zu durchbrechen. Die Strategie ist gescheitert. Tatsächlich stiegen die Importe. Die Anschläge vom 11. September 2001 machten die Abhängigkeit noch gefährlicher. Es ging nicht mehr nur um Geld. Es ging um Sicherheit.
Dann gibt es noch den wirtschaftlichen Schlag. Wenn die Ölpreise steigen, wird alles teuer. Jedes Produkt, für dessen Herstellung oder Transport Öl verwendet wird, kostet mehr. Benzin und Diesel lagen 2008 zwischen 4 und 5 US-Dollar pro Gallone. Das ist ein stolzer Preis. Es belastet die gesamte Wirtschaft.
Ist Wasserstoff billiger als Benzin?
Die Mathematik ist knifflig. Das US-Energieministerium beziffert die Kosten für Brennstoffzellen der aktuellen Generation auf etwa 225 US-Dollar pro Kilowatt. Das ist nicht wettbewerbsfähig. Damit Wasserstoff Benzin als primäre Kraftstoffquelle wirklich herausfordern kann, müssen die Preise auf etwa 30 US-Dollar pro Kilowatt sinken.
„Die Kosten für Wasserstoff selbst, gemessen pro Meile, könnten bald bis zu 50 Prozent niedriger sein als die aktuellen Benzinkosten.“
Der Nationale Forschungsrat geht davon aus, dass die Treibstoffkosten halb so hoch sein könnten wie die von Gas. Dieser Vorteil wächst mit steigenden Gaspreisen. Außerdem wird Wasserstoff mit hoher Effizienz in Strom umgewandelt. Das ist eine große Sache.
Können Wasserstofffahrzeuge die Ölsucht durchbrechen?
Sie können helfen. Aber erwarten Sie keine schnelle Lösung. Es wird wahrscheinlich Jahrzehnte dauern, bis genügend Wasserstofffahrzeuge auf die Straße kommen, um die Importe einzudämmen. Der Wandel erfolgt langsam. Die Infrastruktur ist spärlich. Aber auf lange Sicht könnten die Auswirkungen enorm sein.
Das sind nicht nur Konzepte. Mehrere Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) sind bereits auf öffentlichen Straßen unterwegs.
Honda FCX Klarheit
Dies ist das einzige FCV, das an Privatpersonen vermietet werden kann. Und selbst dann sitzt man in Teilen Kaliforniens fest, in denen es Wasserstofftankstellen gibt. Der Mietvertrag beträgt 600 US-Dollar pro Monat. Der erste ging am 25. Juli 2008 an eine kalifornische Familie. Es ist eine Nische. Es ist teuer. Aber es ist real.
Chevrolet Equinox Brennstoffzellen-SUV
Chevy baute Flotten davon. Sie tourten durch Kalifornien, New York und Washington, D.C., um die Technologie vorzuführen. Man kann keins kaufen. Sie können keins leasen. Es handelt sich um ein Vorführfahrzeug. Es beweist, dass der SUV-Karosseriestil mit einem Brennstoffzellenstapel funktioniert. Das ist es.
Volkswagen Tiguan HyMotion
VW hat das auch nicht verkauft. Der HyMotion nahm an der National Hydrogen Road Tour teil. Es fuhr von Portland, Maine, hinunter nach Los Angeles. Es war ein Proof-of-Concept-Durchlauf. Kein Händler bietet es an.
BMW Wasserstoff 7
BMW hat dieses Auto an Prominente verschenkt. Will Ferrell bekam zuerst einen. Andere folgten. Es ist nicht für die breite Öffentlichkeit. Es ist eine PR-Maßnahme. Längere Nutzungsdauer für Sterne. Es zeigt, dass die Technik funktioniert. Das bedeutet nicht, dass Sie morgen eines bei Bayern bestellen können.
Ist die Wasserstoffwirtschaft nachhaltig?
Die Infrastrukturfrage spielt eine große Rolle. Ohne Stationen bleiben die FCVs in Ausstellungsräumen oder Testflotten. Die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ändern sich, aber die Hardwarekosten bleiben hoch. Wir warten auf den Absturz des Kilowattpreises. Wir warten darauf, dass in den Vororten Stationen auftauchen. Es ist ein langes Spiel. Die Ölsucht wird nicht in einem einzigen Modelljahr geheilt werden.
Die Nachhaltigkeitslücke bei der Wasserstoffenergie
Wenn die Wasserstoffwirtschaft den Vereinigten Staaten eine Zukunft ohne Umweltverschmutzung und Abhängigkeit von ausländischem Öl ermöglichen soll, muss sie nachhaltig sein. Das heißt, es muss in der Lage sein, mit dem zunehmenden Bevölkerungswachstum, dem verstärkten Einsatz energieintensiver Technologie, Veränderungen in der Politik und Veränderungen in der Einstellung der Menschen gegenüber der Umwelt und dem Wohl künftiger Generationen Schritt zu halten. Schätzungen zufolge wird sich der weltweite Energiebedarf bis zum Jahr 2050 verdoppeln. Es ist unwahrscheinlich, dass die rapide abnehmenden Vorräte an fossilen Brennstoffen mit diesem Bedarf Schritt halten können, daher werden neue Energieressourcen von entscheidender Bedeutung sein.
Eines der Haupthindernisse für eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft besteht darin, dass die derzeit verwendeten Methoden zur Gewinnung von Wasserstoff aus größeren Molekülen auf Elektrizität basieren – und dass Elektrizität größtenteils durch Methoden erzeugt wird, die Umweltverschmutzung verursachen. Wenn die Wasserstoffgewinnung mit Strom aus einem Kohlekraftwerk durchgeführt wird, spielt es keine Rolle, dass die Brennstoffzelle keine Umweltverschmutzung verursacht, da die Verschmutzung bei der Gewinnung des Wasserstoffs aufgetreten ist. Wenn Wasserstoff eine wirklich umweltfreundliche Energiequelle sein soll, muss der zur Gewinnung des Wasserstoffs verwendete Strom durch eine umweltfreundliche Methode wie Solarenergie erzeugt werden. Dies ist derzeit in der Regel nicht der Fall, so dass eine wirklich nachhaltige Wasserstoffwirtschaft erhebliche Änderungen in der Stromerzeugung erfordern wird.
Auch die Lagerung ist ein Problem. Wasserstoffkraftstoff wird in komprimierter flüssiger Form gespeichert und mit der Zeit entweicht ein Teil davon durch Verdampfung. Wenn ein Wasserstoffauto nicht regelmäßig gefahren wird, erhöhen die Verdunstungsverluste die Gesamtkosten des Kraftstoffs erheblich. Und auch das Komprimieren von flüssigem Wasserstoff auf ein Volumen, das in einem Auto transportiert werden kann, erfordert viel Energie, und diese Energie wurde möglicherweise mit Methoden erzeugt, die Umweltverschmutzung verursachen.
Einige Experten glauben, dass Verbesserungen bei der Wasserstoffproduktion und -speicherung in 15 bis 30 Jahren zu einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft führen werden. Allerdings hat die Idee einer Wasserstoffwirtschaft auch Gegner, von denen viele glauben, dass eine solche Wirtschaft niemals nachhaltig sein kann und dass unsere Ressourcen besser genutzt werden sollten, um andere Formen der Stromerzeugung zu erforschen. Es kann Jahre dauern, bis klar wird, ob Wasserstoff wirklich der Kraftstoff der Zukunft ist.
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Weitere tolle Links
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Fueleconomy.gov
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Brennstoffzellen 2000
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Nova
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Honda FCX Klarheit
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US-Energieministerium
Quellen
-
Bossel, Ulf und Eliasson, Baldur. „Energie und die Wasserstoffwirtschaft.“ 8. Januar 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
-
Autosuche. „Wasserstoff-Brennstoffzellen-Autotechnologie.“ http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
-
Clayton, Mark. „Steigender Ruf: Kürzung der US-Ölimporte.“ Der Christian Science Monitor. 5. Mai 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
-
Friedemann, Alice. „Die Wasserstoffwirtschaft – Energie- und Wirtschaftsschwarzloch.“ Kulturwandel. Sept. 2004. (22. Aug. 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
-
Gizmag. „Honda will Wasserstoff-Brennstoffzellenauto auf den Markt bringen – und eine Tankstelle für zu Hause.“ (22. August 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
-
Hall, Kevin G. „Ölunabhängigkeit ist möglich, aber wollen die USA sie wirklich?“ Milwaukee Journal Sentinel. 4. März 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=40957
-
Huffman, Mark. „Wasserstoff-Brennstoffzellenautos bringen Hoffnung, wenn nicht Erleichterung.“ Verbraucherangelegenheiten. 25. Juni 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
-
Llanos, Miguel. „Wasserstoffautos fahrbereit – zu einem Preis.“ MSNBC. 23. Juni 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/453676/
-
Sinha, Vandana. „Volkswagen kommt mit Wasserstoff-Brennstoffzellenauto auf den Markt.“ Washington Business Journal. 11. August 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana=from_rss
-
Vergano, Dan. „Bisher sind wasserstoffbetriebene Autos Treibstoff für Zukunftsgedanken.“ USA HEUTE. 21. Juli 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20-hydrogen-cars_N.htm
