Eines der größten Hindernisse für die Elektromobilität ist die Energiedichte der Batterien. Häufig wird behauptet, Wasserstoffautos hätten diesen Nachteil nicht, weil Wasserstoff eine hohe Energiedichte hat. Das stimmt so allerdings nicht.
Bevor man das Thema näher betrachtet, muss man klarstellen, dass es “Energiedichte” in zwei Ausprägungen gibt. Zum einen kann man die Energiemenge in Bezug setzen zum Volumen eines Speichers, zum anderen kann man sie mit dem Speichergewicht vergleichen. Manchmal ist das Volumen des Speichers das Problem, beispielsweise bei Flugzeugen, meistens spielt jedoch das Gewicht eine Rolle.
Benzin hat eine Energiedichte von etwa 11 Kilowattstunden pro Kilogramm oder 8 Kilowattstunden pro Liter, mit einem vollen 70-Liter-Tank kann man also 560 Kilowattstunden transportieren. Ein Tesla Modell 3 hat einen Akku mit einem Fassungsvermögen von maximal 75 Kilowattstunden. Ein Benzin-Pkw kann also sieben Mal so viel Energie transportieren wie ein Tesla.
Hier zeigt sich aber auch schon, warum der Vergleich hinkt: ein Tesla 3 hat eine Reichweite von 600 Kilometern, also kaum weniger als ein Benziner. Das liegt daran, dass ein Verbrenner den größten Teil der Energie in Wärme umwandelt und nicht in Bewegung.
Ein Lithium-Ionen-Akku kann nur 0,2 Kilowattstunden pro Kilogramm oder 0,3 Kilowattstunden pro Liter speichern. Dieser Nachteil wird durch die höhere Effizienz des Elektromotors weitgehend aufgewogen.
Und Wasserstoff? Tatsächlich hat Wasserstoff eine hohe Energiedichte – bezogen auf das Gewicht. Pro Kilogramm können 33 Kilowattstunden gespeichert werden, also ein Vielfaches von dem, was ein Lithium-Ionen-Akku hergibt. Aber bezogen auf das Volumen kann unkomprimierter Wasserstoff nur 0,003 Kilowattstunden pro Liter transportieren!
Wasserstoff als Energieträger muss also zur Anwendung in der Elektromobilität immer stark komprimiert werden. Bei 700 bar steigt die Energiedichte auf 1,6 Kilowattstunden pro Liter. Aber Vorsicht, nicht zu früh freuen: jetzt muss das Gewicht des Tanks berücksichtigt werden. Beim Toyota Mirai wiegt dieser 87,5 Kilogramm und fasst 5 Kilogramm Wasserstoff. Unter Berücksichtigung des Tankgewichts liegt die Energiedichte bei nur noch 1,8 Kilowattstunden pro Kilogramm. Das ist immer noch mehr als beim Lithium-Ionen-Akku, aber auch Wasserstoff kann nicht vollständig in Bewegung umgewandelt werden: etwa 20% der Energie werden (ungewollt) zu Wärme, so dass der Toyota Mirai nur auf eine Reichweite von 650 Kilometern kommt. Wasserstoff ist in der Mobilität also nicht der Heilsbringer.
Die Batterietechnik entwickelt sich weiter, erste Prototypen können bereits doppelt oder dreimal so viel Energie speichern wie heutige, marktübliche Zellen. Mit besserer Energiedichte könnten auch Anwendungen im Bereich des Flugverkehrs in den Bereich des Möglichen rücken. Ob es dann noch Wasserstoff braucht, sei dahingestellt…
