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  Chemie - Wasserstoff



Wasserstoff ist ein Energieträger, der erst aus einem chemischen Verbund herausgelöst werden muss, z.B. aus Wasser und wenn er die Prozesse in einem entsprechenden modernen Fahrzeug durchlaufen hat, kehrt er wieder in einen chemischen Verbund zurück. Funktioniert das ohne Probleme, dann ist das Endprodukt wieder Wasser.

Sollten irgendwelche Fehler auftreten, z.B. die Tanks oder Leitungen undicht werden, dann verbindet er sich mit dem Luftsauerstoff. Dass ist aber auch bei kleinen Lecks in deren unmittelbarer Umgebung nicht ganz ungefährlich. Da fehlt dann nur eine Zündquelle, das Betätigen eines elektrischen Schalters oder der unglückliche Zusammenstoß harter, Funken abgebender Materialien, und schon gibt es eine Explosion.

Allerdings verteilt sich Wasserstoff sehr rasch in der Umgebung, benimmt sich also wesentlich unkritischer als z.B. Benzindämpfe, die schwerer als Luft sich auf Tischplatten verteilen oder sogar nach unten verlaufende Rinnen entlanglaufen können, ohne dass man sie wahrnimmt. Erreichen sie dabei eine Zündquelle, brennen sie über den ganzen Weg zurück und können dann am Ausgang der Dämpfe recht viel Schaden anrichten.

Umgekehrt verbrennt Wasserstoff bei fast jedem Mischungsverhältnis, natürlich theoretisch am stärksten bei einem Verhältnis zum Sauerstoff von 1 : 1, kommt der Sauerstoff direkt aus der Luft, dann 2 : 5 Volumenverhältnis. Vom Benzin kennen wir das Gewichtsverhältnis von 1 zu 14,5 und einen wesentlich kleineren Bereich der Brenn- bzw. Explosionsgefährdung.

Also sind auch kleine Mengen Wasserstoff in geschlossenen Räumen immer noch explosiv. Man benutzt Wasserstoff im Auto, weil es mit 100 km/kg eine wesentlich höhere Energiedichte aufweist. Modere Batterien erreichen heute schon 0,2 kWh pro kg, den aufwendigen Schutz und Kühlung bzw. Heizung abgezogen bleiben am Ende 0,5 km/kg übrig (Audi e-tron 95 kWh: 700 kg, ca. 350 km).

Ganz fair ist der Vergleich nicht, weil wir das Gewicht der Wasserstofftanks, die Brennstoffzelle und die zusätzliche Batterie nicht berücksichtigt haben. Am Ende dieser Wirkungskette arbeiten allerdings in beiden Fällen Elektromotoren. Inzwischen kristallisiert sich eine Tankgröße heraus, die ca. 2 kg Wasserstoff aufnehmen kann, allerdings erst, seit man sie statt mit 350 mit 700 bar Druck befüllt.

Bei drei Tanks dauert das ein wenig länger als der uns bekannte Tankvorgang, ca. 5 Minuten nach dem Einloggen. Der Preis ist etwas höher als der bei Benzin oder gar Diesel. Die Tanks selbst profitieren von neueren Karbonwerkstoffen, die aber zusätzlich für eventuelle Kollisionen vielleicht noch etwas besser als Hochvoltbatterien zusätzlich geschützt werden müssen. Mercedes platziert sie in eine Schutz von massiven Stahlrohren.

Nur zur Orientierung: Wenn, wie schon passiert, der Kessel eines Werkstattkompressors bei ca. 10 bar platzt, dann kann das ausreichen, um eine Halbstein dicke Wand zum Nachbarraum vollkommen niederzureißen. Eine Stahlflasche, die mit 150 bar Sauerstoff gefüllt wird, kann wegen der dicken Stahlhülle nur im Ventilbereich beschädigt werden, z.B. durch Umfallen bei schlechter Sicherung. Das aber reicht aus, um sie trotz ihres Gewichts (von zwei Mann zu tragen) zu einem Geschoß werden zu lassen, das Betonmauern durchschlägt.

So, vielleicht können Sie jetzt 700 bar ein wenig besser einschätzen. Das betrifft auch die Tankstellen, bei denen Zapfsäulen mit einfachen Hydraulikpumpen nicht mehr ausreichen. Auch ein Grund, warum man wohl kaum zu Hause Wasserstoff aus Solarstrom wird herstellen und das eigene Auto damit betanken können, von den zusätzlich nötigen Sicherheitseinrichtungen ganz zu schweigen.

Der hohe Druck nagt auch am Wirkungsgrad. Von dem geht natürlich am meisten bei der Umwandlung von Strom in Wasserstoff verloren. Hier deutet sich der Unterschied zum Elektroauto schon an. Bei der Brennstoffzelle spricht man zwar von einer relativ kalten Rückverwandlung von Wasserstoff in Strom, aber etwas Kühlung und vor allem auch Heizung scheint dieser Vorgang doch zu brauchen, z.B. damit das sich dort bildende Wasser nicht gefriert.

Man beziffert die Verluste von der Stromerzeugung bis zur Nutzbarkeit bei E-Autos auf ungefähr ein, bei dem Umweg über den Wasserstoff auf zwei Drittel. So grob die Werte geschätzt sind, so sehr erleichtern sie einen kritischen Blick. Also hätten wir, wenn da nicht die Berücksichtigung lokaler Luftverschmutzung wäre, die erneuerbare Energie solange besser ins Netz gesteckt, wie sie noch nicht bei 100 Prozent angekommen wäre.

Dann käme ein Boom an Elektroautos ganz gelegen und wenn dann z.B. im Sommer Überschüsse aufträten, wäre die Wasserstofftechnik ideal. Denn deren Lagerung ist günstig und außer einer vielleicht geringen Diffusion, geht kaum etwas von dem Druck verloren, ganz im Gegensatz zu Batterien, die, auch wenn gebraucht, teurer und aufwendiger sind und mit jedem Tag einen kleinen, wohldefinierbaren Verlust erleiden.










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