Elektroautos mit Brennstoffzellen an Bord sind rollende Kraftwerke, denn sie erzeugen den notwendigen Fahrstrom selbst. Wie das funktioniert, zeigt ein Blick in die Technik.
Elektroautos sind die emissionsfreie Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Sie haben aber aktuell immer noch Nachteile wie geringe Reichweiten und lange Ladezeiten. Kurz tanken, dann weiterfahren – das verbinden Autofahrende bislang vor allem mit „herkömmlichen“ Antrieben. Brennstoffzellenautos sind Elektrofahrzeuge – sie produzieren allerdings ihren Strom während der Fahrt selbst. Den dafür notwendigen Wasserstoff tanken sie an der Zapfsäule und betreiben damit die Brennstoffzellen, die wiederum den Strom für den Elektromotor erzeugen. Ladezeiten entfallen, die Reichweite liegt, ähnlich wie bei konventionellen Benzinern, bei mehr als 500 Kilometern – und als „Abgas“ erzeugen sie lediglich Wasserdampf. Das eingebaute „Kraftwerk“ bringt also viele Vorteile. Doch wie funktioniert die Brennstoffzelle?
Aus chemisch wird elektrisch wird mechanisch
Das Prinzip ist simpel: Brennstoffzellen wandeln chemische Energie in Strom um. Sie führen Wasserstoff und Sauerstoff zusammen, die sich mit Hilfe einer speziellen Membran zu Wasser verbinden. Bei der Reaktion wird elektrische Energie frei, die entweder in einer Batterie zwischengespeichert wird oder direkt zum Elektromotor fließt. Der Motor wandelt den Strom anschließend in mechanische Energie um und setzt das Auto in Bewegung. Für Autofahrende ist das Brennstoffzellenfahrzeug ähnlich komfortabel wie ein Benziner: Der Tankvorgang dauert nur etwa drei Minuten. An der Zapfsäule wird der gasförmige Wasserstoff durch einen Schlauch in die Drucktanks des Autos gepresst. Der Treibstoff ist zudem nicht teurer als Benzin: Ein Kilogramm kostet etwa acht Euro und reicht für rund 100 Kilometer. Wegen ihrer zahlreichen Vorteile war die Brennstoffzelle schon bei vielen Herstellern voll im Trend: Mercedes, Audi, VW, Hyundai oder Honda haben bereits Wasserstoffautos präsentiert.
Politischer Wille gefragt
Trotzdem hat sich das emissionsfreie Fahrzeug bislang nicht breit durchgesetzt. Grund dafür sind zum einen die hohen Kosten: In Brennstoffzellen wird viel Platin verbaut, eines der teuersten Edelmetalle der Welt. Der Toyota Mirai beispielsweise kostet zwischen 63.900 und 73.900 Euro. Zum anderen steht bei der Politik der rein batterieelektrische Antrieb oben auf der Agenda. Zudem sind Wasserstoff-Gewinnung und Versorgung noch nicht ideal: Die Produktion ist sehr energieintensiv und verlustreich. Außerdem werden häufig fossile Energieträger verwendet, weshalb auch durch den vermeintlich „grünen“ Treibstoff viel CO2 freigesetzt wird. Darüber hinaus gibt es noch sehr wenige Wasserstofftankstellen in Deutschland. Mit der Infrastruktur steht und fällt alles. Sie soll zwar in den kommenden Jahren ausgebaut werden.
So funktioniert sie
In Brennstoffzellen-Fahrzeugen gibt es in der Regel mehrere in Reihe geschaltete Zellen, sogenannte Stacks, die wie Sandwiches angeordnet sind. Jede Zelle besitzt eine Anode, durch die Wasserstoff aus dem Tank ins Innere strömt sowie eine Kathode mit Sauerstoff. Der Wasserstoff wird an der Anode zunächst in positive und negative Teilchen (Protonen und Elektronen) aufgespalten. Die Protonen wandern anschließend durch eine halbdurchlässige Elektrolyt-Membran zur Kathode. Die Elektronen können die Membran nicht durchdringen und sammeln sich deshalb an der Anode. Um das Positiv-Negativ-Verhältnis wieder auszugleichen, müssen die Elektronen über einen äußeren Kreislauf zur Kathode wandern. Auf diese Weise entsteht Strom. Mit dem zuströmenden Sauerstoff reagieren die Protonen und Elektronen außerdem zu Wasserdampf – das einzige Abfallprodukt des Brennstoffzellenautos.
