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Alternative Kraftstoffe: Eine Lösung für unser Energieproblem?

Alternativen zum benzin- oder dieselgetriebenen Automobil sind längst keine Utopien mehr. Die zu ihrem flächendeckenden Betrieb nötige Infrastruktur birgt jedoch noch Probleme.

Für den technischen Propheten und Romancier Jules Verne war das Energieproblem unserer Zivilisation nie eine Frage. Schon im Jahr 1875 ließ er in seinem Werk „Die geheimnisvolle Insel“ wissen: „Wasserstoff und Sauerstoff werden für sich oder zusammen zu einer unerschöpflichen Quelle von Wärme und Licht werden, von einer Intensität, die die Kohle überhaupt nicht haben könnte. Das Wasser ist die Kohle der Zukunft.“

Diese wackere Prognose kommt dem Deutschen Wasserstoff-Verband (DWV) im Jahr 2012 gerade recht, weshalb er sie auch als Leitsatz seinen im Internet veröffentlichten Referaten voranstellt.

Die Visionen der gesamten H2-Fraktion zeigen parallel dazu eine rosarote Wasserstoff-Zukunft: 2050 etwa könnte die Hälfte aller benötigten Energie aus Reaktionen des Elements Hydrogenium gezogen werden. Ein Aderwerk von Wasserstoffgas-Pipelines durchzieht dann Deutschland, vernetzt mit alten Erdgaslagern, die zu Wasserstoffspeichern umfunktioniert wurden.

Hausdächer produzieren Strom, mit dem Wasserstoff gewonnen wird

Solarpanels auf den Dächern der Häuser produzieren unablässig Strom, dessen Überschüsse zur elektrochemischen Aufspaltung von Wasser (Hydrolyse) benutzt werden. Arbeiten die Solarpanels wegen fehlender Sonnenenergie nicht, könnte der gespeicherte Wasserstoff in einer im Keller installierten Brennstoffzelle wieder verstromt werden.

Im großen Maßstab funktioniert dieses System der chemischen Stromspeicherung ebenfalls mit Pumpspeicher-Kraftwerken und maritimen Windkraft-Parks. Dieser Vorstellung ganz im Sinne von Jules Verne stehen ein paar Probleme mit der nötigen Infrastruktur im Weg, besonders wenn mit Wasserstoff gefahren werden soll.

180 Wasserstofftankstellen an den Autobahnen

Bis zum letzten Jahr gab es in Deutschland beispielsweise nur rund 30 Wasserstoff-Tankstellen, gerade mal sieben davon in ein öffentliches Netz integriert. 2015, wenn Daimler die Fuel-Cell-Technik in Kleinserie anbieten und ausliefern will, sollen es 20 weitere Zapfanlagen sein, vorwiegend an Autobahnen: Daimler und Partner Linde gehen in die Vorlage beim Bau der Stationen, die pro Stück bis zu 1,5 Millionen Euro kosten können.

Aber selbst 180 Wasserstoff-Tankstellen an den deutschen Autobahnen würden nur rund zwei Drittel des gesamten Autobahnnetzes abdecken. Etwa 1.000 Zapfanlagen wären nötig für eine deutschlandweite Versorgung von Brennstoffzellenautos. Doch wer die dafür nötigen geschätzten 1,5 Milliarden Euro Baukosten aufbringen soll, steht noch in den Sternen.

Weitere Probleme bereitet etwa die schlechte Energiebilanz von Wasserstoff. Der DWV: „Man muss den Wasserstoff zunächst für die Speicherung in die Verbindung hinein- und für den Verbrauch im Fahrzeug wieder herauskriegen. Beides ist mit Verlusten verbunden.“ Der nötige Energieeinsatz, um etwa Wasserstoff aus nachwachsender Biomasse zu generieren, sorgt im Verein mit den Speicher- und Umwandlungsverlusten dafür, dass der Wirkungsgrad des alternativen Kraftstoffs im Fahrzeug bei rund 30 Prozent liegt.

Neben dem schlechten Gesamt-Wirkungsgrad, der Wasserstoff in der CO2-Bilanz noch hinter den modernen Verbrennungsaggregaten einsortiert, ist auch der Umgang mit dem Element beim Einsatz in Fahrzeugen nicht hinlänglich geklärt.

„Bisher gibt es kein Verfahren zur chemischen Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff in Fahrzeugen“, teilte der DWV im Juli des vergangenen Jahres mit, „das ausgereift und erprobt genug für einen Einsatz in Serienmodellen ist. Die meisten befinden sich im Laborstadium und könnten frühestens in 10, eher 15 Jahren einsatzbereit sein.“

Die Zukunftsprognose des Verbands klingt denn auch mehr wie ein Wunsch an den menschlichen Erfindergeist als ein konkreter Plan für ein zügig umsetzbares Infrastrukturprogramm: „Niemand kann ausschließen, dass mittel- oder langfristig ein attraktives chemisches Speicherverfahren auftaucht, auch wenn im Moment keines in Sicht ist.“

Erdgas als Kraftstoff ist sofort verfügbar, die Technik ausgereift

Die Kollegen von der Gasverbrennung sind da schon einen Schritt weiter. Seit mehr als 200 Jahren wird aus Holz oder Kohle und Wasserdampf hergestelltes Gas zum Beleuchten und Heizen verwendet und auch die Vorläufer des benzingetriebenen Viertakters waren Gasmotoren. Leitungsnetze und Tanks sind weltweit vorhanden – es fehlt nur noch am Willen der Käufer zum gasbetriebenen Automobil.

In den USA kommen auf einen Gesamtbestand von rund 140 Millionen Kraftfahrzeugen nur etwa 130.000 Gaskunden. In Deutschland werden von etwa 42 Millionen Personenwagen bis jetzt nur 75.000 mit GNG befüllt. Für Umweltzonen, in denen die Null-Emissionsgrenze gilt, taugen Gasautomobile ohnehin nicht. Zwar produzieren mit Erdgas oder Flüssiggas betriebene Automotoren etwa 20 Prozent weniger Kohlendioxid als Benziner, doch mit den vergleichsweise emissionsfreien Energieträgern Wasserstoff oder Strom kommt weder komprimiertes Erdgas (CNG) noch Flüssiggas (LPG) mit.

Beim Elektroauto schreckt die Angst, liegen zu bleiben, die Käufer ab

Im Vergleich zum Aufbau einer Wasserstoff- Infrastruktur wirken die Probleme rund ums Laden von Elektroautos auf den ersten Blick geradezu niedlich. In den bisherigen Feldversuchen zur E-Mobilität hat sich schließlich herausgestellt, dass überwiegend zu Hause oder am Arbeitsplatz geladen wird. Wer braucht da schon öffentliche Ladesäulen?

Trotzdem werden viele Stromfahrer von der Angst geplagt, unterwegs liegen zu bleiben, weswegen sie die Reichweite ihrer Batteriegefährte nur zu geringen Teilen ausschöpfen. Eine Studie aus Tokio zeigt, was passiert, wenn öffentliche Ladesäulen hinzukommen: Sie werden zwar tatsächlich nur selten genutzt, doch das Vertrauen der Autofahrer in ihren Stromer steigt erheblich und mit ihm die zurückgelegten Strecken.

Im Notfall ein paar Kilowattstunden nachzuzapfen klingt schließlich verlockender, als sich abschleppen zu lassen. Der Aufbau einer öffentlichen Notversorgung ist daher als vertrauensbildende Maßnahme unabdinglich. Kein Wunder, dass die meisten Stromerzeuger in der Elektromobilität ein zusätzliches Geschäftsfeld sehen.

So unterhält RWE bereits 1.600 Ladesäulen in ganz Europa. Hinzu kommen Schnellladesäulen an Autobahntankstellen, die bis zu 50 kW leisten. 100 Kilometer Reichweite lassen sich so zumindest theoretisch in unter 30 Minuten nachladen. Neun Säulen an der A 1 zwischen Köln und Hamburg dienen als Notnagel und ermöglichen bereits heute Überlandfahrten mit einem Aktionsradius von über 400 Kilometern.

Audi entwickelt ein System zum kontaktlosen, sprich induktiven Laden

Für häufige Langstrecken-Ausflüge wird der Stromer aber auf absehbare Zeit ungeeignet bleiben, da nur Reisende mit der Gelassenheit buddhistischer Mönche alle 100 Kilometer eine halbstündige Pause einlegen möchten. Auch hier dürfte die Akzeptanz analog zum Wissen um die Möglichkeit in Ausnahmefällen zunehmen. Doch für Fernreisen sind E-Autos nicht gedacht.

„Elektromobilität ist und bleibt auch in absehbarer Zeit ein rein urbanes Thema“, sagte Martin Hülder, Vertriebsleiter von Smart bei der Pressevorstellung des Smart Electric Drive. Der kleine Stromer soll mit einer Ladung bis zu 145 Kilometer weit kommen. Doch was macht der Laternenparker in der Stadt, der keine kuschelige Garage mit Stromanschluss zur Verfügung hat?

Frei zugängliche Ladekabel, mittels derer die Batterien über Nacht gefüllt werden, bereiten nicht nur aus Kostengründen Unbehagen. Auch Vandalen und Scherzbolde könnten die Kupferleinen auf dumme Gedanken bringen. Audi entwickelt daher ein System zum kontaktlosen, sprich induktiven Laden. Ein Prinzip, das jeder kennt, der schon mal eine elektrische Zahnbürste benutzt hat.

Kommt ein entsprechend ausgerüstetes Elektroauto über einer Ladeplatte im Boden zum Stehen, startet der Ladevorgang, indem der Wechselstrom in der Bodenplatte ein magnetisches Feld in einer Spule im Auto induziert.

Dort wird der Strom über einen Wandler gleichgerichtet und lädt die Batterie. Die Verlegung solcher Ladeplatten ist nicht nur in Wohnstraßen denkbar, in denen Autos über Nacht stehen. Selbst an roten Ampeln ließen sich damit ein paar Wattstündchen nachladen – und dies auch noch schonend. Die geringen Ladehübe belasten die Saftspender nämlich weniger als das komplette Auffüllen eines restlos leeren Akkus.

Ohne sauberen Strom gibt es keine saubere E-Mobilität

Wie der Strom ins E-Auto kommt, ist also klar. Mehr Probleme gibt es am anderen Ende des Kabels: bei der Stromerzeugung. Nach Einschätzung der Deutschen Energie-Agentur liegt der Bedarf an zusätzlichen Stromübertragungsnetzen bis 2020 bei 3.600 Kilometern. Bis dahin sollen schließlich 40 bis 50 Prozent des deutschen Stroms aus erneuerbaren Quellen – zum Großteil aus Windparks in der Nordsee – stammen.

Denn ein E-Auto fährt erst mit einem hohen Anteil regenerativer Energie sauberer als ein heutiger Verbrenner. Der Strom aus dem Norden muss jedoch noch in die Ballungsräume von Ruhrgebiet und Süddeutschland geschickt werden. Genau daran aber hakt es. Derzeit dauern Genehmigung und Bau einer Stromtrasse 10 bis 15 Jahre, auch weil die Akzeptanz neuer Masten in der Bevölkerung sehr gering ist.

Da der Ausbau erneuerbarer Energie schneller vorangeht als gedacht, wird es in ein paar Jahren mehr Windstrom geben, als sich transportieren lässt. Noch ernüchternder ist das Hoffen auf ein gesamteuropäisches Stromnetz, das Windkraftwerke in Schottland oder der Ostsee mit Solarparks in Spanien oder Süditalien verbindet.

Der Ausgleich von wetterbedingten Energieengpässen ist erst bei Entfernungen von mehreren 1.000 Kilometern möglich. Dann weht immer irgendwo Wind und scheint immer irgendwo die Sonne. Doch zur Errichtung eines solchen Supernetzes fehlt es bereits an den nötigen politischen Strukturen (Regulierungsbehörden).

Auch das Interesse der nationalen Netzbetreiber bleibt vage. Schließlich bedeuten Importkapazitäten immer auch Konkurrenz und damit sinkende Preise. Somit kommt der Speicherung des regenerativ erzeugten Stroms eine immense Bedeutung zu. Laut Bundesforschungsministerium besteht bis zum Jahr 2050 ein Speicherbedarf von bis zu 50 Terrawattstunden (TWh).

Zum Vergleich: Die Kapazität heutiger Speicher beträgt nur 0,04 TWh. Da Pumpspeicher wie Strommasten höchst unbeliebt sind, wird händeringend nach alternativen – etwa chemischen – Speichermethoden gesucht.

Tröstlich bleibt, dass die gigantischen Herausforderungen rund um die Energiewende Elektroautos nur zu einem kleinen Teil betreffen. Führe der komplette Verkehr in Deutschland elektrisch, würde sich der Stromverbrauch nur um 15 Prozent erhöhen. Eine Million Stromer, von der Bundesregierung für 2020 als ehrgeiziges Ziel skizziert, kämen so auf gerade einmal 0,4 Prozent Stromanteil.

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MAN

Datum

25. Juli 2012
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