Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV)

Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) werden über einen Elektromotor angetrieben und zählen deshalb zu den Elektrofahrzeugen. Allerdings unterscheidet sich die Technik deutlich von rein batterieelektrischen Fahrzeugen, da ein Brennstoffzellenfahrzeug seine Energie durch die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle bezieht. Der Vorteil von Brennstoffzellenfahrzeugen liegt im lokal emissionsfreien Fahren mit schneller Betankung. Allerdings sind die Kosten für das Brennstoffzellensystem noch relativ hoch. Bisher bieten nur zwei Hersteller ein Fahrzeug in Serie an, weitere wollen folgen. Auch die Herstellung von Wasserstoff und der Aufbau der benötigten Betankungsinfrastruktur sind derzeit mit relativ hohen Kosten verbunden.

Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt (KBA)
*Stand November 2018

Technische Aspekte

Kraftstoff

Brennstoffzellenfahrzeuge verwenden Wasserstoff (H2) als Kraftstoff. H2 ist das am häufigsten vorkommende und leichteste Element im Universum, ist farb- und geruchlos und unter normalen Bedingungen gasförmig. H2 kommt in der Natur nur in chemisch gebundener Form vor (z.B. in Wasser, Erdöl und Erdgas), kann aber unter Energieeinsatz separiert werden. Aktuell stammen 98 % der weltweiten Wasserstoffproduktion aus fossilen Quellen. Es ist jedoch auch möglich, H2 mittels Elektrolyse aus Wasser zu gewinnen. Wird dabei Strom aus erneuerbaren Energien verwendet, handelt es sich um regenerativen Wasserstoff, der nahezu klimaneutral ist.

Aufbau des Antriebs

Der Wasserstoff wird in einem superisolierten, doppelwandigen Tank (i.d.R. aus kohlefaserverstärktem Kunststoff) unter hohem Druck von 350 bzw. 700 bar gespeichert. In der Brennstoffzelle reagiert der Wasserstoff mit Luftsauerstoff zu Wasser und erzeugt dabei elektrische Energie und Wärme. Somit kommen aus dem Auspuff keine Schadstoffe, sondern nur Wasserdampf. Die erzeugte elektrische Energie wird dann von einem Elektromotor genutzt, um das Auto zu bewegen. Zusätzlich ist eine kleine Batterie verbaut, die den erzeugten Strom zwischenspeichert.

Aufbau eines Brennstoffzellen-Pkw / Foto: Hyundai

Reichweite

Brennstoffzellenfahrzeuge haben bisher noch eine geringere Reichweite als die meisten Verbrenner, aber können schnell wiederbetankt werden. Die Reichweite unterscheidet sich auch in Abhängigkeit davon, ob mit 350 bar oder 700 bar getankt wird. Denn ein 700 bar Tank kann etwa 30 % mehr Energie fassen als einer mit 350 bar. Eine Tankfüllung mit 700 bar reicht dann bei den beiden in Serie angebotenen Modellen für ca. 500 km bis 600 km.

Tankvorgang

Der Tankvorgang mit Wasserstoff ist sehr ähnlich zum konventionellen Tanken. Die Füllkupplung wird auf den Tankstutzen aufgesetzt und durch das ziehen am Griffhebel wird eine druck-, gas- und kältedichte Verbindung hergestellt. Das ist notwendig, um den Wasserstoff unter dem hohen Druck von 350 bar bzw. 700 bar zu tanken. Der Tankvorgang wird anschließend per Knopfdruck an der Zapfsäule gestartet und dauert beim Volltanken etwa drei bis fünf Minuten. Der Betankungsvorgang endet automatisch, wenn der Tank voll ist und kann vorher manuell per Knopfdruck beendet werden. Um den Tankvorgang abzuschließen muss die Verriegelung des Griffhebels wieder gelöst werden (wie beim Benzin/Diesel tanken) und die Tankpistole zunächst auf den Tankstutzen gedrückt und anschließend abgenommen werden.

Sicherheit

Brennstoffzellenfahrzeuge weisen andere Sicherheitsrisiken als Verbrenner auf, allerdings gibt es Sicherheitsstandards die eine grundsätzlich sichere Nutzung gewährleisten. Die einzige andere Gefahrenquelle im Vergleich zu Benziner oder Diesel stellt der Wasserstofftank dar. Der Sicherheitsdruck ist allerdings doppelt so hoch ausgelegt wie der Betriebsdruck, um die sichere Nutzung zu gewährleisten. Zudem gibt es eine geringere Brandgefahr, da im Tank kein Sauerstoff enthalten ist. Sollte Wasserstoff entweichen, verfliegt dieser sofort. Da Wasserstoff nicht giftig ist, entsteht somit keine Umweltverschmutzung.

Marktsituation

Modellangebot

Das Modellangebot von Brennstoffzellenfahrzeugen ist noch sehr gering. Bisher gibt es nur drei verfügbare Modelle: den Toyota Mirai, den im August 2018 erschienenen Hyundai Nexo und den im Oktober 2018 erschienenen Mercedes GLC F-Cell, der allerdings nur vermietet wird. Auch andere Hersteller wie Audi wollen in den nächsten Jahren Kleinserien auf den Markt bringen.

 

 

Stand der Infrastruktur

Stand 2018 gibt es in Deutschland 51 Wasserstofftankstellen, von denen sich die meisten im Süden und Westen Deutschlands befinden. In Berlin und Hamburg gibt es sogar mehrere Tankstellen. Bis 2019 sollen 100 Tankstellen in Betrieb sein und mittel- bis langfristig noch 300 weitere folgen.

Kosten

Anschaffungskosten

Die Anschaffungskosten sind momentan aufgrund des kostenintensiven Brennstoffzellensystems und dem dabei benötigten Platinanteil relativ hoch. Die Hersteller gehen jedoch davon aus, die Kosten für das Brennstoffzellensystem bis 2025 deutlich senken zu können. Die bisherigen Modelle sind ab Preisen von 65.000 € bis 78.600 € erhältlich.

Fördermaßnahmen

Die Anschaffung eines Brennstoffzellenfahrzeugs wird wie bei Elektroautos durch die Umweltprämie mit 4.000 € gefördert.

Energiekosten

Der Preis für Wasserstoff ist vergleichsweise hoch. So können die jährlichen Energiekosten fast doppelte so hoch sein, wie bei einem Dieselfahrzeug und etwa 40% höher als bei einem Benziner.

Steuern / Abgaben

Brennstoffzellenfahrzeuge sind bei erstmaliger Zulassung bis zum 31.12.2020 für 10 Jahre von der Kfz-Steuer befreit und zahlen anschließend nur 50 % der eigentlichen Steuer. Zudem gibt es auch Vorteile bei der Dienstwagenbesteuerung. So wird der Bruttolistenpreis, der für die Berechnung des geldwerten Vorteils die Basis bildet, für Brennstoffzellenfahrzeuge um die Kosten der Batterie bis zu einer max. Höhe von momentan 7.500 EUR bei der Anschaffung reduziert. Dieser Maximalbetrag reduziert sich jährlich um 500 €, bevor dieser Vorteil mit dem 31.12.2022 ausläuft. Ab dem 1.1.2019 soll der geldwerte Vorteil der Dienstwagensteuerung für Brennstoffzellenfahrzeuge sogar von bisher einem auf 0,5 % des Bruttolistenpreises der Fahrzeuge reduziert werden.

Wartungskosten

Umwelt

Brennstoffzellenfahrzeuge fahren sehr leise und lokal emissionsfrei. Allerdings ist die Herstellung des Wasserstoffs sehr energieintensiv, sodass nur der Einsatz von „grünem“ Wasserstoff auch positiv für das Klima ist.  In Deutschland haben sich Energiewirtschaft und Hersteller dazu verpflichtet mindestens 50 % grünen Wasserstoff anzubieten.

Vorteile / Nachteile