Ziel von Musk ist wohl auch dann Wasserstoff zu verkaufen

Ein Beitrag von

Werner Hoffmann

Ich habe neulich einen Artikel vom 17. Juli 2024 auf ipmio.org gelesen, der eine überraschende Nachricht von Elon Musk und Tesla beschreibt.

Erhalten habe ich den Artikel von einem User bei LinkedIn.

Zitat vom Artikel

„Musk, der bisher als Kritiker von Wasserstoff-

energie bekannt war, hat nun angekündigt, dass Tesla in Zukunft verstärkt auf Wasserstoff setzen will. Das ist bemerkenswert, weil Musk Wasserstoff als Energiespeicher früher abgelehnt und als ineffizient bezeichnet hat.

Der Grund für diesen Strategiewechsel soll laut Artikel im Wettbewerb mit dem chinesischen Automobilhersteller BYD liegen, der mit seiner eigenen Technologie Druck auf Tesla ausübt. Tesla plant nun, bis 2026 ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug namens Model H auf den Markt zu bringen. Diese Entscheidung, in den Bereich der Wasserstoff-Brennstoffzellen einzusteigen, wird als Versuch gesehen, das Angebot zu erweitern und einen neuen Markt für umweltfreundliche Technologien zu erschließen.

Im Artikel wird auch betont, dass Musk weiterhin die Komplexität der Wasserstoffspeicherung anspricht. Dennoch möchte Tesla mithilfe von Brennstoffzellen nachhaltige Lösungen für den Fahrzeugbetrieb entwickeln und den Herausforderungen der Wasserstoffinfrastruktur begegnen.“

Ob wirklich eines Tages einmal Wasserstoff genutzt wird für Fahrzeuge wie PKWs und LKWs, steht sicherlich noch lange nicht fest.

Zumindest, wenn es sich um grünen Wasserstoff handeln soll.

Was könnte hinter dieser Meldung jetzt auch noch stecken?

Trump möchte auf jeden Fall weg von der erneuerbaren Energie. Der Grund ist recht einfach: wird die erneuerbare Energie weiter verdrängt, dann ist das ein Geschäft für die fossile Energie inklusive den Transportunternehmen, den Tankstellenbetreibern usw.

Sollte dieses Geschäft auch durch die USA angekurbelt werden, dann wäre dies ein weiterer Exportschlager als vielleicht Ergänzung der fossilen Energie.

persönlich nehme ich an, dass Mask in dieser Forschung auch finanzielle Mittel aus den USA erhält, die er als Regierungsmitglied bei der erneuerbaren Energie streicht. Dies wird sich sicherlich demnächst auch herausstellen.

Allerdings muss man bei Wasserstoff auch sehr stark unterscheiden, wie er hergestellt wird.

Nicht jeder Wasserstoff ist grün. Und auch der Transport sowie die Anwendung im Fahrzeugbergen gewisse Risiken. Dazu kommt noch, dass die Effizienz höchstwahrscheinlich minimal sein wird, insbesondere dann, wenn der Wasserstoff grau ist.

Was ist Wasserstoff und wie ist die Wasserstoffkette?

Es gibt mehrere Arten von Wasserstoff, die sich nach ihrer Produktionsweise und ihren ökologischen Auswirkungen unterscheiden. Die wichtigsten Wasserstoffarten sind:

1. Grauer Wasserstoff

   •   Herstellung: Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung von fossilen Brennstoffen wie Erdgas hergestellt. Dabei wird Erdgas (Methan) unter hohen Temperaturen und Drücken mit Wasserstoff und CO₂ als Nebenprodukt umgewandelt.

   •   Umweltauswirkungen: Diese Methode führt zu hohen CO₂-Emissionen, da das freigesetzte CO₂ oft ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben wird.

   •   Effizienz: Der Prozess ist relativ effizient, jedoch energieintensiv, da fossile Brennstoffe verbrannt werden. Rund 60–70 % der eingesetzten Energie wird in Wasserstoff umgewandelt.

2. Blauer Wasserstoff

   •   Herstellung: Blauer Wasserstoff wird ebenfalls durch Dampfreformierung hergestellt, jedoch wird das entstehende CO₂ abgeschieden und gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS), um die Emissionen zu reduzieren.

   •   Umweltauswirkungen: Diese Methode ist weniger umweltschädlich als die graue Variante, jedoch nicht vollständig klimaneutral, da CO₂-Emissionen auch durch den Energiebedarf für CCS entstehen.

   •   Effizienz: Die Effizienz liegt ähnlich wie bei grauem Wasserstoff, etwa bei 60–70 %, aber die zusätzliche CO₂-Abscheidung benötigt zusätzliche Energie, was den Gesamtwirkungsgrad verringert.

3. Grüner Wasserstoff

   •   Herstellung: Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft genutzt werden, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.

   •   Umweltauswirkungen: Diese Methode ist umweltfreundlich und nahezu emissionsfrei, da keine fossilen Brennstoffe verwendet werden und kein CO₂ freigesetzt wird, wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt.

   •   Effizienz: Die Elektrolyse hat eine Effizienz von etwa 60–70 %, und es gibt weitere Verluste bei der Speicherung und beim Transport des Wasserstoffs. Die Gesamtenergieeffizienz von der Produktion bis zum Verbrauch im Fahrzeug liegt daher bei ca. 25–35 %.

4. Türkiser Wasserstoff

   •   Herstellung: Türkiser Wasserstoff wird durch die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) gewonnen. Dabei entstehen Wasserstoff und fester Kohlenstoff, ohne dass CO₂ freigesetzt wird.

   •   Umweltauswirkungen: Wenn die Energie für die Methanpyrolyse aus erneuerbaren Quellen stammt, ist der Prozess nahezu emissionsfrei, da der Kohlenstoff in fester Form abfällt und gespeichert oder industriell genutzt werden kann.

   •   Effizienz: Die Methanpyrolyse ist energieeffizient, hat jedoch eine relativ niedrige Effizienz im Vergleich zur Dampfreformierung, da die thermische Spaltung viel Energie benötigt. Die Gesamtwirkungsgradeffizienz ist ähnlich wie bei grauem und blauem Wasserstoff.

Effizienz von Wasserstoff als Kraftstoff im Fahrzeug

Die Effizienz des Wasserstoffs sinkt im Fahrzeug weiter ab, da:

1. Kompression und Speicherung: Wasserstoff muss komprimiert oder verflüssigt und sicher transportiert werden, was zusätzliche Energie erfordert.

2. Brennstoffzellen-Fahrzeuge: In einem Brennstoffzellenfahrzeug wird Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von etwa 50–60 % in elektrische Energie umgewandelt. Der Elektromotor im Fahrzeug hat wiederum eine Effizienz von etwa 85–90 %.

Die Gesamteffizienz von der Wasserstoffproduktion bis zur tatsächlichen Nutzung im Fahrzeugantrieb beträgt bei grünen Wasserstoff-Fahrzeugen etwa 20–30 % – deutlich geringer als bei batterieelektrischen Fahrzeugen, die eine Gesamtenergieeffizienz von etwa 70–80 % haben.

Es gibt mehrere Arten von Wasserstoff, die sich nach ihrer Produktionsweise und ihren ökologischen Auswirkungen unterscheiden. Die wichtigsten Wasserstoffarten sind:

1. Grauer Wasserstoff

   •   Herstellung: Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung von fossilen Brennstoffen wie Erdgas hergestellt. Dabei wird Erdgas (Methan) unter hohen Temperaturen und Drücken mit Wasserstoff und CO₂ als Nebenprodukt umgewandelt.

   •   Umweltauswirkungen: Diese Methode führt zu hohen CO₂-Emissionen, da das freigesetzte CO₂ oft ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben wird.

   •   Effizienz: Der Prozess ist relativ effizient, jedoch energieintensiv, da fossile Brennstoffe verbrannt werden. Rund 60–70 % der eingesetzten Energie wird in Wasserstoff umgewandelt.

2. Blauer Wasserstoff

   •   Herstellung: Blauer Wasserstoff wird ebenfalls durch Dampfreformierung hergestellt, jedoch wird das entstehende CO₂ abgeschieden und gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS), um die Emissionen zu reduzieren.

   •   Umweltauswirkungen: Diese Methode ist weniger umweltschädlich als die graue Variante, jedoch nicht vollständig klimaneutral, da CO₂-Emissionen auch durch den Energiebedarf für CCS entstehen.

   •   Effizienz: Die Effizienz liegt ähnlich wie bei grauem Wasserstoff, etwa bei 60–70 %, aber die zusätzliche CO₂-Abscheidung benötigt zusätzliche Energie, was den Gesamtwirkungsgrad verringert.

3. Grüner Wasserstoff

   •   Herstellung: Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft genutzt werden, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.

   •   Umweltauswirkungen: Diese Methode ist umweltfreundlich und nahezu emissionsfrei, da keine fossilen Brennstoffe verwendet werden und kein CO₂ freigesetzt wird, wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt.

   •   Effizienz: Die Elektrolyse hat eine Effizienz von etwa 60–70 %, und es gibt weitere Verluste bei der Speicherung und beim Transport des Wasserstoffs. Die Gesamtenergieeffizienz von der Produktion bis zum Verbrauch im Fahrzeug liegt daher bei ca. 25–35 %.

4. Türkiser Wasserstoff

   •   Herstellung: Türkiser Wasserstoff wird durch die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) gewonnen. Dabei entstehen Wasserstoff und fester Kohlenstoff, ohne dass CO₂ freigesetzt wird.

   •   Umweltauswirkungen: Wenn die Energie für die Methanpyrolyse aus erneuerbaren Quellen stammt, ist der Prozess nahezu emissionsfrei, da der Kohlenstoff in fester Form abfällt und gespeichert oder industriell genutzt werden kann.

   •   Effizienz: Die Methanpyrolyse ist energieeffizient, hat jedoch eine relativ niedrige Effizienz im Vergleich zur Dampfreformierung, da die thermische Spaltung viel Energie benötigt. Die Gesamtwirkungsgradeffizienz ist ähnlich wie bei grauem und blauem Wasserstoff.

Effizienz von Wasserstoff als Kraftstoff im Fahrzeug

Die Effizienz des Wasserstoffs sinkt im Fahrzeug weiter ab, da:

1. Kompression und Speicherung: Wasserstoff muss komprimiert oder verflüssigt und sicher transportiert werden, was zusätzliche Energie erfordert.

2. Brennstoffzellen-Fahrzeuge: In einem Brennstoffzellenfahrzeug wird Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von etwa 50–60 % in elektrische Energie umgewandelt. Der Elektromotor im Fahrzeug hat wiederum eine Effizienz von etwa 85–90 %.

Die Gesamteffizienz von der Wasserstoffproduktion bis zur tatsächlichen Nutzung im Fahrzeugantrieb beträgt bei grünen Wasserstoff-Fahrzeugen etwa 20–30 % – deutlich geringer als bei batterieelektrischen Fahrzeugen, die eine Gesamtenergieeffizienz von etwa 70–80 % haben.

Wie ist die Effizienz von grauem, Grünen, türkisen? Wasserstoff berechnet vor der jeweiligen Herstellung bis zum Fahrantrieb? mit anderen Worten: was kommt wirklich auf der Straße dann an?

Um die tatsächliche Effizienz von grauem, grünem und türkisem Wasserstoff vom Beginn der Produktion bis zur Nutzung im Fahrzeug auf der Straße zu bestimmen, betrachten wir jeden Schritt des Prozesses. Diese Berechnung umfasst die Produktions-, Speicher- und Umwandlungsverluste bis zur finalen Energie, die zur Fahrzeugbewegung beiträgt.

Hier sind die Details für jede Wasserstoffart:

1. Grauer Wasserstoff

   •   Herstellung durch Dampfreformierung: Die Effizienz liegt bei ca. 60–70 % (primär fossile Energie in Wasserstoff).

   •   Kompression, Speicherung und Transport: Verlust von ca. 10–15 %, was die Effizienz auf etwa 50–60 % senkt.

   •   Brennstoffzellen im Fahrzeug: Wandlungseffizienz von Wasserstoff in Strom in der Brennstoffzelle beträgt ca. 50–60 %.

   •   Elektromotor und Antrieb: Elektromotoren haben eine Effizienz von ca. 85–90 %.

Gesamteffizienz (Produktion bis Fahrantrieb):

60 % (Herstellung) * 85 % (Speicherung/Transport) * 55 % (Brennstoffzelle) * 85 % (Elektromotor) ≈ 24 %.

Das bedeutet, dass von der ursprünglich eingesetzten Energie etwa 24 % auf der Straße ankommt.

2. Grüner Wasserstoff

   •   Herstellung durch Elektrolyse: Effizienz liegt bei ca. 60–70 % (elektrische Energie in Wasserstoff).

   •   Kompression, Speicherung und Transport: Verlust von ca. 10–15 %, was die Effizienz auf etwa 50–60 % reduziert.

   •   Brennstoffzellen im Fahrzeug: Umwandlung von Wasserstoff in Strom mit ca. 50–60 % Effizienz.

   •   Elektromotor und Antrieb: Effizienz des Elektromotors liegt bei etwa 85–90 %.

Gesamteffizienz (Produktion bis Fahrantrieb):

65 % (Elektrolyse) * 85 % (Speicherung/Transport) * 55 % (Brennstoffzelle) * 85 % (Elektromotor) ≈ 26 %.

Damit kommen etwa 26 % der ursprünglich eingesetzten Energie auf der Straße an.

3. Türkiser Wasserstoff

   •   Herstellung durch Methanpyrolyse: Die Effizienz liegt bei ca. 60–70 % (Energie im Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff).

   •   Kompression, Speicherung und Transport: Verlust von ca. 10–15 %, senkt die Effizienz auf ca. 50–60 %.

   •   Brennstoffzellen im Fahrzeug: Umwandlung von Wasserstoff in Strom mit ca. 50–60 % Effizienz.

   •   Elektromotor und Antrieb: Effizienz des Elektromotors liegt bei ca. 85–90 %.

Gesamteffizienz (Produktion bis Fahrantrieb):

65 % (Methanpyrolyse) * 85 % (Speicherung/Transport) * 55 % (Brennstoffzelle) * 85 % (Elektromotor) ≈ 26 %.

Auch hier kommen etwa 26 % der ursprünglich eingesetzten Energie auf der Straße an.

Wie funktioniert ein Wasserstoffauto? Entsteht hierbei auch Abwärme? Wenn ja, wie viel Prozent aus der Energie sind Wärme und wie viel Prozent sind Fahrenergie?

Ja, in einem Wasserstoffauto entsteht auch Abwärme, da die elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle nicht 100 % effizient ist. Ein Teil der Energie wird dabei in Form von Wärme freigesetzt. Der Wirkungsgrad und die Verteilung zwischen Fahrenergie und Abwärme können variieren, aber hier sind typische Werte und Erklärungen dazu:

1. Wirkungsgrad der Brennstoffzelle: Die Brennstoffzelle selbst hat in der Regel einen Wirkungsgrad von etwa 50-60 %. Das bedeutet, dass ungefähr 50-60 % der im Wasserstoff gespeicherten Energie in elektrische Energie umgewandelt werden, die dann den Elektromotor antreibt.

2. Abwärmeanteil: Die restlichen 40-50 % der Energie werden als Abwärme freigesetzt. Diese Wärme entsteht aufgrund der elektrochemischen Reaktion und des Widerstands in der Brennstoffzelle und kann nicht zur Fahrenergie beitragen.

3. Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs: Wenn die erzeugte elektrische Energie den Elektromotor antreibt, verliert das Fahrzeug noch einmal etwa 5-10 % der Energie aufgrund von Motor- und Getriebeverlusten. Insgesamt erreicht ein Wasserstoffauto also typischerweise einen Wirkungsgrad von etwa 40-50 % von der im Wasserstoff gespeicherten Energie bis hin zur Antriebsleistung an den Rädern.

Verteilung in Prozent:

   •   Fahrenergie: Etwa 40-50 % der Energie im Wasserstoff wird letztendlich in Bewegungsenergie umgewandelt und treibt das Fahrzeug an.

   •   Abwärme: Etwa 50-60 % der Energie geht als Wärme verloren, die nicht für den Antrieb genutzt wird.

Diese Verteilung zeigt, dass ein Wasserstoffauto im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektroautos, die Wirkungsgrade von 70-80 % erreichen, einen niedrigeren Gesamtwirkungsgrad aufweist. Ein Vorteil ist jedoch die hohe Reichweite und kurze Betankungszeit des Wasserstoffautos, was es besonders für längere Fahrten attraktiv machen kann.