Die Tatsache, dass Verbrennungsmotoren üblicherweise mit langkettigen Kohlenwasserstoffen betrieben werden, namentlich Benzin und Diesel, hat neben der schlechten CO₂-Bilanz auch noch umweltschädliche Abgase zur Folge. Füttert man ihn hingegen Wasserstoff, kommt nach dem Verbrennungsprozess wie bei der Brennstoffzelle nur Wasserdampf raus, abgesehen von beherrschbar geringen Mengen an Stickoxiden.

Als großer Nachteil des Verbrennungsmotors wird sein schlechter Wirkungsgrad genannt. Man kann deshalb relativ schnell zu dem Schluss kommen, die Brennstoffzelle würde ihn künftig gänzlich ersetzen. Da in ihr Strom erzeugt wird, der Batterien speist und einen Elektromotor treibt, kann man sie auch gleich der E-Mobilität zurechnen. Die Brennstoffzelle hat jedenfalls einen besseren Wirkungsgrad, mit dem Vorteil, dass man mit gleich großen Wasserstofftanks leichter akzeptable Reichweiten erzielt.

Brennstoffzelle bei Teillast besser

Der Wirkungsgrad ist aber nicht allein entscheidend über die Sinnhaftigkeit eines Antriebssystems. Klar ist, beim Personenwagen läuft alles Richtung Elektroantrieb. Sind hoher Transportbedarf, hohe Geschwindigkeiten und große Reichweiten zugleich gefordert, kommt die Wasserstoff-Brennstoffzelle ins Spiel. Synthetische Kraftstoffe aus regenerativen Quellen wären zwar eine Möglichkeit, den Verbrennungsmotor im Auto klimaneutral zu machen, werden aber bevorzugt dort zum Einsatz kommen, wo Strom und Wasserstoff überhaupt nicht realisierbar erscheinen, etwa als Kerosinersatz für Flugzeuge.

Trotzdem ist der Verbrennungsmotor noch nicht aus dem Rennen. Es gibt noch viele Bereiche, in denen Batterien und Brennstoffzellen sehr schwierig anzuwenden sind. Im Rahmen eines Vortrags des Österreichischen Vereins für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK), der auch alljährlich das Wiener Motorensymposium veranstaltet, präsentierte Helmut Eichlseder, Vorstand des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik an der TU Graz, die Ergebnisse seiner Untersuchungen: "Der Wirkungsgradnachteil des Verbrennungsmotors ist umso geringer, je höher die Belastung ist. Die Brennstoffzelle ist vor allem bei Teillast besser." (Siehe Diagramm)

Den Verbrennungsmotor nun mit regenerativ hergestelltem Wasserstoff zu betreiben, würde ihn aus der Klimadiskussion rausnehmen. Wasserstoff ist nämlich im Verbrennungsmotor gut zu beherrschen. BMW baute sogar einen Kleinserien-Siebener bis 2009. Zu dieser Zeit entwickelte Eichlseders Institut mit dem Grazer Wasserstoffforschungszentrum HyCentA einen Versuchsträger auf Basis Mercedes E-Klasse, der mit Benzin, Erdgas oder Wasserstoff betrieben werden konnte oder einem beliebigen Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff.

Schwierig, aber sauber

Auch wenn der Wasserstoff nicht ganz einfach im Umgang ist – es geht, und zwar sehr sauber und umweltfreundlich. Eichlseder: "Die Direkteinblasung in den Brennraum hat sich als zielführender erwiesen. Wasserstoff verdrängt sonst nämlich die Luft, und es bleibt zu wenig Sauerstoff zur Verbrennung. Wegen der hohen Selbstzündtemperatur ist Wasserstoff für Fremdzündungsverfahren prädestiniert, mit den weiten Zündgrenzen können diese sogar mager und ungedrosselt wie Dieselmotoren betrieben werden."

Eichlseder ist übrigens gemeinsam mit Manfred Klell und Alexander Trattner vom HyCentA Autor des Standardwerks Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik (Springer-Vieweg, € 9, eBook € 20).

Der Verbrennungsmotor ist deshalb noch immer nicht abgeschrieben, weil er in bestimmten Einsatzbereichen die bessere Wahl darstellt – wenn er mit regenativen Kraftstoffen betrieben wird, weil er leichter, robuster und billiger ist als die Brennstoffzelle. Vor allem die hochflexible Einsetzbarkeit unter rauen Bedingungen wie extremen Umgebungstemperaturen, Spritqualitätsschwankungen, Vibrationen und Lastdynamik stellt sich als Vorteil dar, etwa im Bereich von Baumaschinen, bestimmten Nutzfahrzeugen und in der Landwirtschaft. Die rohe Kraftanwendung erscheint nicht unbedingt als Vorzug der Brennstoffzelle mit ihren sensiblen chemischen Prozessen. (Rudolf Skarics, 6.12.2020)