Mein Hauptaugenmerk als Sachverständiger ist das Erstellen von fahrdynamischen Erprobungs- und Validierungsfahrten sowie Gutachten für diese Fahrzeuge. Diese Dienstleistung erbringe ich für Fahrzeughersteller und Halter und Gerichte und Behörden. Durch meine mehrjährige Erfahrung in diesem Bereich bin ich Ihr Ansprechpartner egal ob 350bar 700 bar oder flüssiger- oder Kryogener Wasserstoff. In meiner beruflichen Laufbahn durfte ich bei einem OEM die ersten Testfahrten bis zur Markteinführung in Schweiz und Deutschland begleiten. Im Folgenden möchte ich den Anwendern erste Einblicke in die spannende Materie geben.

• Generell ist Wasserstoff immer ein farbloses Gas. Je nach seinem Ursprung trägt er allerdings verschiedene Farben in seinem Namen.
• Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dafür wird Strom aus erneuerbaren Energiequellen verwendet. Grüner Wasserstoff ist deshalb CO2-frei.
• Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, bei dessen Entstehung das CO2 jedoch teilweise abgeschieden und im Erdboden gespeichert wird (CCS, Carbon Capture and Storage). Maximal 90 Prozent des CO2 sind speicherbar.
• Orangefarbener Wasserstoff ist auf Basis von Abfall und Reststoffen produzierter Wasserstoff. Er gilt als CO2-frei.
• Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wird. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff, der entsprechend nicht in die Atmosphäre entweicht. Das Verfahren der Methanpyrolyse befindet sich derzeit noch in der Entwicklung.
• Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung meist aus fossilem Erdgas hergestellt. Dabei entstehen rund 10 Tonnen CO2 pro Tonne Wasserstoff. Das CO2 wird in die Atmosphäre abgegeben. Diesen Wasserstoff gilt es durch klimafreundlichen Wasserstoff zu ersetzen.

Relevant ist Wasserstoff im Verkehr überall dort, wo Elektrifizierung in absehbarer Zeit nicht möglich ist oder relevante Nachteile hat. Hier gibt es zwei Alternativen: Erstens Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff einen Elektromotor antreiben und wasserstoff-basierte E-Fuels, die wie Benzin, Diesel und Kerosin eingesetzt werden können. Den Einsatz von auf Wasserstoff und Strom basierten Kraftstoffen (E-Fuels) sieht das Update der Nationalen Wasserstoffstrategie vor allem im Flug-, Schiffs- und für Spezialanwendungen vor; Brennstoffzellen in LKW, Bussen und Bahnen.

Eine Tonne Wasserstoff enthält eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden. Das entspricht dem durchschnittlichen jährlichen Strom-Energieverbrauch von 11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus (ohne Durchlauferhitzer). Allerdings kann diese chemische Energie nicht zu 100 Prozent in nutzbare Energie umgewandelt werden. Auf dem Weg zum Verbraucher geht je nach Nutzungspfad ein Teil der Energie verloren.

Es ist davon auszugehen, dass die Effizienz von serienmäßig hergestellten Elektrolyseuren zur Wasserstoff-Herstellung zunächst bei rund 70 Prozent liegen wird. Das heißt: Rund 70 Prozent der Energie, die für die Elektrolyse aufgewendet wird, wird auch in Wasserstoff gebunden.

Je nach Menge des transportierten Wasserstoffs sind unterschiedliche Transportmethoden sinnvoll. Für große Mengen über kurze Distanzen sind Wasserstoff-Leitungen die beste Option. Für mittlere und längere Distanzen bieten sich andere Methoden an. So lässt sich Wasserstoff auch unter hohem Druck, verflüssigt, gebunden an eine Trägerflüssigkeit oder in Form von Wasserstoff-Folgeprodukten transportieren. Allerdings hat jede Methode ihre Vor- und Nachteile. So gehen bei allen Transportmethoden Teile der transportierten Energie verloren. Zudem sind einige Transportmethoden einfacher handhabbar als andere

Kein Brennstoff hat eine so hohe Energiedichte wie Wasserstoff. Ein Kilogramm Wasserstoff enthält eine Energiemenge von 33,3 Kilowattstunden. Zum Vergleich: Ein Kilo Heizöl enthält eine Energiemenge von 9,8 bis 11,4 Kilowattstunden. Trotzdem gibt es eine Herausforderung beim Wasserstoff: Bei normalen Temperaturen und normalem Luftdruck verteilt sich die Energie des Wasserstoffs auf ein großes Volumen. In einem Liter Wasserstoff stecken dann gerade einmal 3 Wattstunden Energie. Deswegen braucht es innovative Technologien für den Wasserstofftransport und die Wasserstoffspeicherung, die diese Eigenschaften berücksichtigen.

Die Brennstoffzelle in Kürze:
In einer Brennstoffzelle reagieren in der Regel Wasserstoff und Sauerstoff miteinander. Dabei wird sowohl Strom als auch Wärme erzeugt; als Nebenprodukt fällt lediglich Wasser an.

AUFBAU
Eine Brennstoffzelle besteht aus einer Anode (Minuspol) und einer Kathode (Pluspol), die außerhalb der Zelle über einen elektrischen Leiter miteinander verbunden sind. Im Inneren der Zelle trennt eine ausschließlich für Kationen (also H+-Ionen) durchlässige Elektrolytmembran die beiden Elektroden.
Die beiden gängigsten Brennstoffzellen-Arten sind die PEMFC– und die SOFC-Brennstoffzelle. Bei Ersterer werden die beiden Elektroden durch eine dünne, feste Kunststoff-Membran getrennt. Aus diesem Grund wird diese Art der Brennstoffzelle auch Polymerelektrolyt- oder Niedertemperatur-Brennstoffzelle genannt. Die SOFC-Brennstoffzelle wiederum hat eine Membran aus Zirkondioxid, einer sogenannten Hightech-Keramik. Diese Art der Brennstoffzelle wird umgangssprachlich auch Festoxid- oder Hochtemperatur-Brennstoffzelle genannt.
Schematischer Aufbau einer Brennstoffzelle

FUNKTIONSWEISE
Die elektrochemische Reaktion, die im Inneren einer Brennstoffzelle abläuft, wird auch als Redox-Reaktion bezeichnet. Diese funktioniert wie folgt:

• Im ersten Schritt wird der Brennstoff (Wasserstoff) an der Anode oxidiert. Das heißt, dass unter Abgabe von Elektronen Wasserstoff-Kationen (H+) entstehen.
• Die so entstandenen Kationen gelangen in der Folge durch die Membran hinüber in die Kammer, in der sich das Oxidationsmittel (Sauerstoff) befindet. Derweil fließen die freigewordenen Elektronen von der Anode zur Kathode. Dieser Elektronenfluss kann im Fahrzeug als Strom genutzt werden.
• An der Kathode nimmt das Oxidationsmittel (Sauerstoff) die freien Elektronen wieder auf. Dabei entstehen Sauerstoff-Anionen (O2-), die mit den Sauerstoff-Kationen unmittelbar zu Wasser (H2O) reagieren. Neben Wasser und Strom entsteht bei dieser Reaktion auch Wärme.

Die vollelektrischen Lkw besitzen einen elektrischen Antriebsstrang, und die Energie wird aus Wasserstoff gewonnen, der in den Brennstoffzellen an Bord des Fahrzeugs in Strom umgewandelt wird. Zudem verfügt der mit Brennstoffzellen betriebene Lkw über eine Batterie für Situationen, in denen zusätzliche Energie benötigt wird, und für die Rückgewinnung von elektrischer Energie beim Bremsen.

Funktionsweise eines Lkw oder Bus mit Brennstoffzellenantrieb
Eine Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität durch einen elektrochemischen Prozess unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff.
Der von den Brennstoffzellen erzeugte Strom treibt den elektrischen Antriebsstrang an. Das System verfügt über einen integrierten Batteriepuffer.
Die einzigen Emissionen sind reines Wasser.

Schematischer Aufbau eines Brennstoffzellen Buses