Wasserstoff: Treibstoff für Verbrennungsmotor und Elektromotor

Kurz & bündig
-Das Gas Wasserstoff (H2) wird aus Wasser und Strom im Elektrolyseverfahren hergestellt –oder aus fossilen Energieträgern wie Erdgas gewonnen.
-Wasserstoff kann als Energieträger in Druckspeichern oder abgekühlt und verflüssigt, gespeichert werden.
-In einer Brennstoffzelle kann die Energie im Wasserstoff zusammen mit Sauerstoff in Strom umgewandelt werden.
-Oder der Wasserstoff kann als Treibstoff wie Diesel oder Benzin in optimierten Verbrennungsmotoren (Wasserstoffmotor) angewendet werden.

Wasserstoff ist derzeit in aller Munde. Einerseits wurde im luzernischen Schötz im Februar 2023 die leistungsstärkste Wasserstoff-Tankstelle Europas in Betrieb genommen. Andererseits hat Fendt Traktoren mit Wasserstofftanks der Öffentlichkeit präsentiert. Fendt schickt diese nun in den Praxiseinsatz, um damit die ersten Erfahrungen zu sammeln.

Wasserstoff ist ein gasförmiger Energieträger, welcher als Alternative für den Dieseltreibstoff gesehen wird. Meistens spricht man von Wasserstoffantrieben. Für die Herstellung braucht es Wasser, Strom und ein Elektrolyseur.

Wasserstoff als vielseitig nutzbarer Energieträger

Was genau hinter Wasserstoff steckt, ist für den Laien meistens nicht klar. Tatsache ist, dass Wasserstoff auf Fahrzeugen, wie beispielsweise Traktoren, auf unterschiedliche Weise in Kraft umgewandelt werden kann.

Es gibt nicht einfach «den» Wasserstoffantrieb. Wasserstoff kann wie Diesel oder Benzin in einem Verbrennungsmotor/Wasserstoffmotor umgewandelt werden oder er wird in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt. Beide Anwendungen sind bei mobilen wie auch stationären Anwendungen möglich.

Transportunternehmer testen Wasserstoff

Dass der Wasserstoff bisher vorwiegend mittels Brennstoffzelle verstromt und nicht im Wasserstoffmotor als Verbrenner genutzt wird, zeigt sich beispielsweise auch an einem Projekt von Transportunternehmern in der Schweiz. Hier testet die Transportbranche die Praxistauglichkeit der Wasserstoff-Lastwagen von Hyundai im täglichen Strassengüterverkehr.

Die Hersteller von motorisierten Maschinen und von Traktoren sind gespannt, was die Motorenhersteller in Zukunft für Treibstoffe zum Antrieb einsetzen werden und wie die Energie umgewandelt wird. Das Ziel dabei ist immer, die Emissionen zu senken und die Klimaziele zu erreichen. Betreffend Wasserstoff bieten mit Agco (Fendt) und der Deutz AG zwei bekannte Hersteller Alternativen zum Diesel, welche Wasserstoff verwenden. Die Energieumwandlung erfolgt jedoch unterschiedlich.

Fendt verstromt Wasserstoff in der Brennstoffzelle

Beim aktuellen Fendt-Projekt wird die Energie des Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle zu Strom umgewandelt. Der Antrieb erfolgt letztlich elektrisch. Die Brennstoffzelle und die Wasserstoffspeicher ersetzen gegenüber einem rein elektrischen Antrieb quasi den Akku eines Elektroautos.

Die Deutz AG nutzt den Wasserstoff im Verbrennungsmotor

Bei der Deutz AG hat man einen Verbrennungsmotor entwickelt, in welchem der Wasserstoff, wie in einem Benziner oder Diesler, in einem Zylinder gezündet wird. Der sechszylindrige Deutz-Motor mit der Bezeichnung TCG 7.8 H2 soll den von der EU vorgegebenen CO2-Grenzwert für «Zero Emission» erfüllen. Die Serienproduktion dieses Motors plant Deutz für das Jahr 2024. Der Motor lieferte in der Pilotanwendung bereits 270 PS. Laut der Deutz AG basiert der Motor auf bestehenden Diesel-Motorkonzepten und soll in Zukunft für alle heutigen Deutz-Anwendungen einsetzbar sein, also auch für Traktoren, wie das Unternehmen mitteilt.

Wasserstoff lagern: verdichten oder kühlen

Wasserstoff ist gasförmig und zur Herstellung wird Wasser und Strom benötigt. Erfolgt die Herstellung mit grünem Strom, ist der Treibstoff emissionsfrei. Es kommt also auf die Herkunft des Stroms an, wie «sauber» Wasserstoff als Treibstoff ist.

Ein Vorteil ist dabei, dass überschüssiger Strom so allein mit Wasser in eine speicherfähige Form gebracht werden kann. Für die Speicherung muss das Gas jedoch verdichtet oder gekühlt werden. Hierzu gibt es Speichertanks mit bis zu 700 bar. Andernfalls kann Wasserstoff durch Abkühlung auf minus 260°C verflüssigt werden. Ein Fahrzeug benötigt dann entsprechende Speicher anstelle eines Dieseltanks.

Welche Nutzungsart, ob Direktverbrenner oder Brennstoffzelle, die bessere ist, das ist letztlich eine ideologische Frage. Bei der noch weniger verbreiteten Direktverbrennung im Wasserstoffmotor kann man auf bewährter Motortechnik aufbauen und darauf, dass Rohstoffe wie Eisen und Alu sehr gut rezykliert werden können. Bei der Brennstoffzelle kommen vor allem Komponenten aus der Elektromobiliät zum Einsatz, wo die Herstellung der Elektrokomponenten einen intensiveren Rohstoffbedarf aufweist.

So entsteht Wasserstoff
Mittels Elektrolyseverfahren kann aus Wasser und Strom Wasserstoff produziert werden. Bei diesem Vorgang wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Hat der Strom für den Elektrolyseprozess eine erneuerbare Herkunft, gilt der Wasserstoff als CO2-frei und wird zur Kenntlichkeit grün eingefärbt.
Wasserstoff kann auch aus fossilen Energieträgern wie beispielsweise Erdgas gewonnen werden. Allerdings wird dabei CO2 freigesetzt. Es gibt weitere Verfahren, welche auch nicht CO2-neutral sind und bei denen der Wasserstoff mit weiteren Farben eingefärbt ist.
Der Wasserstoff kann mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt werden (der umgekehrte Vorgang wie bei der Herstellung). Das Brennstoffzellenfahrzeug ist dann ein Elektroauto.

Im Wasserstoffverbrennungsmotor bewirkt das Gas, wie Diesel oder Benzin, eine Hubkolbenbewegung.