Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV)

Ein Brennstoffzellenfahrzeug, kurz FCEV, ist ein Elektroauto, das sein eigenes Miniaturkraftwerk an Bord trägt und während der Fahrt Strom aus Wasserstoff erzeugt, anstatt ihn aus einer großen, vorab geladenen Batterie zu beziehen. Wie jedes Elektrofahrzeug wird es von Elektromotoren angetrieben und besitzt denselben geschmeidigen, leisen Fahrcharakter mit sofortigem Drehmoment, doch seine Energie ist als verdichtetes Wasserstoffgas in Hochdrucktanks gespeichert und nicht als elektrische Ladung in einem großen Lithium-Ionen-Akku. Das ordnet es der elektrischen Familie zu, verschafft ihm aber ein Tankerlebnis, das dem eines konventionellen Benziners weit näher kommt.

Im Kern des Fahrzeugs steht der Brennstoffzellenstapel, ein Gerät, das Strom durch eine elektrochemische Reaktion statt durch Verbrennung erzeugt. Der aus den Tanks entnommene Wasserstoff wird der einen Seite des Stapels zugeführt, Sauerstoff aus der Luft der anderen; der Wasserstoff wird in Protonen und Elektronen aufgespalten, die Elektronen werden über einen äußeren Stromkreis geleitet, um den Motor zu speisen, und die Protonen wandern durch eine Membran, um sich auf der gegenüberliegenden Seite wieder mit Sauerstoff zu verbinden. Das einzige Nebenprodukt dieser Reaktion ist reines Wasser, weshalb ein FCEV am Auspuff nichts als Wasserdampf ausstößt. Eine kleine Pufferbatterie glättet Lastspitzen und nimmt die Energie aus der Rekuperation auf, doch die Brennstoffzelle bleibt die primäre Stromquelle.

Der Hauptreiz des FCEV liegt in Bequemlichkeit und lokaler Emissionsfreiheit. Das Betanken dauert an einer Wasserstofftankstelle nur wenige Minuten, ganz ähnlich wie das Füllen eines Benzintanks, und liefert eine große Reichweite ohne die Wartezeit, die mit dem Laden einer großen Batterie verbunden ist. Weil Wasserstoff leicht ist, ist der Ansatz auch für schwere oder weiträumige Anwendungen wie Busse, Lkw und Züge attraktiv, bei denen das Gewicht einer gleichwertigen Batterie eine erhebliche Last wäre. Für den Nutzer ergibt sich daraus ein sauberer, kultivierter Elektroantrieb in Verbindung mit einer vertrauten Tankroutine.

Trotz dieser Stärken hat sich die Technik im Pkw-Bereich schwergetan, vor allem gebremst durch Infrastruktur und Wirkungsgrad. Wasserstofftankstellen sind nach wie vor äußerst spärlich, sodass Fahrten um die wenigen vorhandenen herum geplant werden müssen. Auch die Energiekette ist weit weniger effizient als das direkte Laden einer Batterie: Das Erzeugen, Verdichten, Transportieren und anschließende Rückverwandeln von Wasserstoff in Strom vergeudet einen großen Teil der ursprünglichen Energie, weshalb ein FCEV je Kilometer deutlich mehr Primärenergie verbraucht als ein batterieelektrisches Fahrzeug. Der meiste Wasserstoff wird heute zudem aus Erdgas gewonnen, was die Umweltbilanz untergräbt, sofern er nicht aus erneuerbarem Strom hergestellt wird.

In der weiteren elektrischen Landschaft steht das FCEV neben dem batterieelektrischen Fahrzeug als alternativer emissionsfreier Weg; es teilt dessen Elektromotor und Rekuperation, unterscheidet sich aber grundlegend darin, wie es Energie speichert und bereitstellt. Am treffendsten versteht man es als Ergänzung zu Batterieautos in Nischen, in denen rasches Betanken und leichte Energiespeicherung am meisten zählen, und nicht als direkten Ersatz, während batterieelektrische Fahrzeuge den breiten Pkw-Markt weiterhin dominieren.