Struktur von Brennstoffzellenfahrzeugen
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Kraftfahrzeuge, die auf Brennstoffzellen basieren (FCEV), erfahren ihren Vortrieb mithilfe eines Elektromotors und werden infolgedessen ebenso den elektrisch betriebenen Fahrzeugen zugerechnet.
Die zum Einsatz kommende Technologie sowie die Konzeption dieser Automobile weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit zu den ausschließlich batteriegestützten Elektrofahrzeugen auf.
Die wesentliche Abweichung liegt darin, dass Brennstoffzellen-Automobile ihre elektrische Leistung mittels einer chemischen Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff innerhalb einer Brennstoffzelle gewinnen und dabei mit Wasserstoff befüllt werden. Hierbei bewegen sich FCEVs ohne Emissionen und nahezu geräuschlos.
Inhalt
Kernpunkte im Überblick
- Brennstoffzellen-Automobile werden durch einen Elektromotor vorangetrieben und nutzen Wasserstoff als Treibstoff.
- Während der Fahrt emittieren FCEVs keinerlei CO2-Ausstöße noch sonstige Luftverunreinigungen (Auspuffgase).
- Die Produktion von Wasserstoff kann zur Freisetzung von Treibhausgasen führen, sofern er aus Erdgas gewonnen wird (bekannt als „grauer Wasserstoff'). Demgegenüber wird der sogenannte „grüne' Wasserstoff mithilfe erneuerbarer Energiequellen erzeugt und gilt somit als umweltverträglich sowie langfristig ressourcenschonend.
- Die Effizienz von Brennstoffzellen-Automobilen ist signifikant geringer als jene von allein akkubetriebenen Fahrzeugen und übersteigt den Wert von Verbrennungsmotoren nur unwesentlich.
- Momentan sind Brennstoffzellen-Pkw noch wenig auf dem Markt vertreten, da gegenwärtig nur eine limitierte Anzahl von Produzenten und Wasserstofftankstellen existiert. Im Jahr 2024 verzeichneten FCEVs einen Marktanteil von weniger als 0,01 Prozent an sämtlichen Erstregistrierungen von Pkw in der Bundesrepublik Deutschland.
Arbeitsweise
Brennstoffzellen-Automobile verfügen über einen Elektromotor sowie eine Batterie, die jedoch erheblich kompakter dimensioniert ist als die Antriebsbatterie von ausschließlich elektrisch betriebenen Fahrzeugen und einzig zur temporären Speicherung des generierten Stroms fungiert. Des Weiteren ist in diesen Pkw ein Tank integriert, in welchem gasförmiger Wasserstoff üblicherweise unter einem Druck von bis zu 700 bar beherbergt wird. Ein gewöhnliches Brennstoffzellenfahrzeug (Pkw) weist ein Fassungsvermögen von etwa fünf bis acht Kilogramm Wasserstoff auf.
Die Konzeption eines Brennstoffzellen-Pkw wird in der beiliegenden Darstellung diagrammatisch veranschaulicht: Der Wasserstoff wird aus dem Behälter zur Brennstoffzelle geführt, worin er zusammen mit Sauerstoff zu Wasser umgewandelt wird und hierbei elektrischer Strom erzeugt wird. Als „Nebenprodukt' entsteht hierbei ausschließlich Wasser, wodurch Brennstoffzellen-Automobile unmittelbar keinerlei CO2-Ausstöße oder sonstige Luftschadstoffe emittieren.
Der generierte elektrische Strom wird vom Elektromotor verwendet, um das Fahrzeug vorwärtszubewegen. Ähnlich wie bei batteriebetriebenen Automobilen kann ferner durch Rekuperation (Wiedererlangung von Bremsenergie) kinetische Bremsenergie in elektrische Energie konvertiert und in der Akkumulatoreinheit abgelegt werden.
Aktionsradius
Der Aktionsradius von Brennstoffzellen-Automobilen fällt kürzer aus im Vergleich zu Fahrzeugen mit konventionellen Verbrennungsmotoren. Allerdings können sie gleich zügig mit Kraftstoff befüllt werden wie Benziner oder Dieselfahrzeuge, wohingegen bei Elektrofahrzeugen ein kurzer Ladevorgang von etwa zwanzig bis dreißig Minuten für eine achtzigprozentige Ladung gewöhnlich erfolgt.
Prinzipiell wird der Aktionsradius von Brennstoffzellen-Automobilen durch die Quantität des an Bord mitgeführten Wasserstoffs und dessen Konsum bestimmt.
Für die höchste Füllmenge des Wasserstoffbehälters sind dessen Dimension und der Tankanpressdruck entscheidend. Bei den momentan erhältlichen Pkw-Modellen wird der 700 bar Standard angewandt, mit einem Fassungsvermögen von circa fünf bis sechs Kilogramm. Folglich erreicht ein Brennstoffzellen-Pkw mit einer einzigen Befüllung des Tanks eine Distanz von bis zu 650 Kilometern. Konträr zu batterieelektrischen Fahrzeugen ist die Reichweite von Brennstoffzellen-Automobilen erheblich geringer durch die Umgebungstemperatur beeinflusst.
Marktsituation und Erhältlichkeit
Brennstoffzellen-Automobile bereichern die Palette ökologischer Fahrzeuge mit alternativen Antriebsformen. Aktuell verzeichnen sie allerdings global noch einen äußerst marginalen Marktanteil; in Deutschland liegt ihr Anteil an sämtlichen Erstzulassungen bei unter 0,1 Prozent, wobei lediglich wenige Modelle verfügbar sind. Die Ursachen dafür liegen insbesondere in den kostspieligen Erwerbspreisen, den fluktuierenden Wasserstoffpreisen sowie im Allgemeinen in den hohen Aufwendungen für die Betankung und dem Defizit an adäquaten Tankstellen.
Aufwendungen
Die Aufwendungen für Automobile, die mit einem Brennstoffzellenantrieb ausgestattet sind, bestehen primär aus den Erwerbskosten für das Gefährt sowie den laufenden Betriebskosten. Diese umfassen die Befüllungs-, Instandhaltungs- und Instandsetzungskosten, des Weiteren die Versicherungsprämien und die Kraftfahrzeug (Kfz)-Abgabe.
Erwerbspreise
Die Erwerbspreise für FCEV lassen sich aufgrund der geringen Anzahl an erhältlichen Modellen nicht gut miteinander vergleichen. Unter den wenigen in Deutschland erwerbbaren Modellen finden sich der Toyota Mirai und der Hyundai Nexo, deren Listenpreise bei 63.900 Euro beziehungsweise 77.490 Euro beginnen. Das Pkw-Modell iX5 Hydrogen von BMW stellt ein bloßes Studienfahrzeug dar, das momentan nicht käuflich erwerbbar ist. Das Pkw-Modell GLC F-CELL von Mercedes-Benz vereinte einst Brennstoffzellen- und Batterietechnik zu einem ausschließlich strombetriebenen Plug-in-Hybrid mit keinen lokalen Emissionen, wurde jedoch durch den Konzern wieder aus dem Handel gezogen.
Laufende Aufwendungen
Für Kraftfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb, die bis zum 31. Dezember 2025 erstmals registriert werden, wird, ähnlich wie bei batterieelektrischen Automobilen, bis zum 31. Dezember 2030 keine Kfz-Abgabe erhoben; danach ist diese um fünfzig Prozent vermindert.
Auch Geschäftsfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb ziehen Vorteile aus fiskalischen Begünstigungen: Für die private Verwendung von FCEV findet ein ermäßigter Einkommenssteuersatz von 0,25 Prozent Anwendung (anstatt der gewöhnlichen 1 Prozent bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren), sofern der Brutto-Katalogpreis der Fahrzeuge 100.000 Euro nicht überschreitet.
Der Aufwand für Instandhaltung und Instandsetzung kann aufgrund der reduzierten Komplexität des Elektroantriebs niedriger sein als bei Verbrennerfahrzeugen; jedoch können Arbeiten an der Brennstoffzelle oder dem Wasserstoffbehälter nicht von sämtlichen Werkstätten vorgenommen werden, was potenziell zu erhöhten Aufwendungen führen kann.
Energieaufwendungen und Energiebedarf
Gegenwärtig gibt es in Deutschland mit H2-Mobility lediglich einen einzigen Anbieter von Wasserstoff-Tankstellen, der circa achtzig Standorte managt. Im zweiten Quartal des Jahres 2025 belief sich der Preis pro Kilogramm Wasserstoff an den Tankstellen auf 17,49 Euro. Mit einem durchschnittlichen Konsum von 0,89 bis 0,79 Kilogramm je hundert Kilometer befinden sich die Kraftstoffkosten von Brennstoffzellen-Automobilen folglich in etwa auf dem gleichen Niveau wie bei Benzinern, übertreffen jedoch die von Diesel- und Elektrofahrzeugen.
Aufgrund der Energieeinbußen bei der Erzeugung, dem Transport/der Kompression und der Rückverstromung in einer Brennstoffzelle ist der Effizienzgrad von Brennstoffzellen-Automobilen in Summe nur unwesentlich überlegen gegenüber dem von verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen. Das trifft ebenso zu auf die Verwendung von rein regenerativer Elektrizität. Mit einer spezifischen Energiemenge ist somit mit einem Brennstoffzellenfahrzeug signifikant weniger Fahrstrecke erzielbar als beim unmittelbaren Stromeinsatz mittels eines Akkus.
Zum Pkw-KostenrechnerÖkologische Auswirkungen
Brennstoffzellen-Automobile emittieren während der Fahrt lediglich Wasser und weder CO2 noch sonstige Schadstoffausstöße. Auf dem Pkw-Etikett werden sie daher der Spitzen-CO2-Klasse „A' klassifiziert. Im Betriebsmodus werden ausschließlich Feinstaubemissionen durch Reifen- und Bremsabrieb hervorgerufen, wobei der Bremsabrieb dank der Rekuperation geringer ist als bei Verbrennern. Überdies sind sie bei Geschwindigkeiten von unter fünfundzwanzig Kilometern pro Stunde leiser als Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Es sind jedoch die auftretenden Treibhausgasemissionen bei der Bereitstellung des Energieträgers Wasserstoff sowie bei der Fahrzeugherstellung zu bedenken. Eine signifikante Reduktion von Treibhausgasen kann durch die Verwendung von sogenanntem „grünem' Wasserstoff erzielt werden, welcher im Elektrolyseprozess mittels erneuerbarem Strom generiert wird und somit praktisch klimaneutral ist. Bei Nutzung von sogenanntem „grauem' Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird, sind lediglich minimale CO2-Reduktionen im Vergleich zu Fahrzeugen mit herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren zu erkennen. Um eine Minderung von Treibhausgasen durch Brennstoffzellen-Automobile zu bewirken, ist dementsprechend die Verwendung von „grünem' Wasserstoff ausschlaggebend.
Die weiteren ökologischen Auswirkungen von Brennstoffzellen-Automobilen sind, wie bei anderen Fahrzeugtypen, aus einer Lebenszyklusbilanz ersichtlich. Im Wesentlichen resultieren hierbei vergleichbare Umweltwirkungen wie bei batterieelektrischen Fahrzeugen, wobei jedoch der Effizienzgrad bei Brennstoffzellen-Automobilen niedriger und der Energieaufwand zur Wasserstoffproduktion erhöht ist. Zusätzlich entstehen die ökologischen Auswirkungen für die Fabrikation des Brennstoffzellensystems, für welches unter anderem das Edelmetall Platin erforderlich ist.
Juristischer Vermerk
Die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) gibt im Namen des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz durch dieses Informationsportal Auskunft bezüglich der Verkehrs- und Mobilitätsrevolution. Des Weiteren bekommen Produzenten und Händler Informationen zur Implementierung der neufassenden Pkw-Energieverbrauchskennzeichnungsverordnung (Pkw-EnVKV). Hierbei repräsentieren diese generelle Anmerkungen, die rechtlich nicht bindend sind. Für spezifische Anliegen ist gegebenenfalls eine juristische Beratung einzuholen. Die dena gewährt keine Gewährleistung für die Korrektheit der mithilfe des Online-Tools zur Erstellung eines Pkw-Labels ermittelten Resultate. Maßgeblich sind unter anderem die Angaben der Hersteller.