Brennstoffzellenfahrzeug

Ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) oder Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV) ist ein Typ eines Elektrofahrzeugs, das anstelle einer Batterie eine Brennstoffzelle oder in Kombination mit einer Batterie oder einem Superkondensator verwendet, um seinen Bordelektromotor mit Energie zu versorgen. Brennstoffzellen in Fahrzeugen erzeugen Elektrizität, um den Motor anzutreiben, wobei im Allgemeinen Sauerstoff aus der Luft und komprimierter Wasserstoff verwendet wird. Die meisten Brennstoffzellenfahrzeuge sind als emissionsfreie Fahrzeuge klassifiziert, die nur Wasser und Wärme emittieren. Im Vergleich zu Fahrzeugen mit interner Verbrennung zentralisieren Wasserstofffahrzeuge Schadstoffe an dem Ort der Wasserstoffproduktion, wo Wasserstoff typischerweise aus reformiertem Erdgas gewonnen wird. Der Transport und die Speicherung von Wasserstoff können ebenfalls Schadstoffe erzeugen.

Brennstoffzellen wurden in verschiedenen Arten von Fahrzeugen einschließlich Gabelstaplern verwendet, insbesondere in Innenanwendungen, wo ihre sauberen Emissionen für die Luftqualität wichtig sind, und in Weltraumanwendungen. Das erste kommerziell produzierte Wasserstoff-Brennstoffzellenauto, der Toyota Mirai, wurde 2015 eingeführt, nach dem Hyundai und Honda auf den Markt kamen. Brennstoffzellen werden unter anderem auch in Lastwagen, Bussen, Booten, Motorrädern und Fahrrädern entwickelt und getestet.

Ab 2017 gab es eine begrenzte Wasserstoffinfrastruktur, in den USA waren 36 Wasserstofftankstellen für Autos öffentlich zugänglich, doch sind insbesondere in Kalifornien weitere Wasserstoffstationen geplant. Einige öffentliche Wasserstofftankstellen existieren, und in Japan, Europa und anderswo sind neue Stationen geplant. Kritiker bezweifeln, dass Wasserstoff im Vergleich zu anderen emissionsfreien Technologien für Autos effizient oder kostengünstig ist.

Beschreibung und Zweck von Brennstoffzellen in Fahrzeugen
Alle Brennstoffzellen bestehen aus drei Teilen: einem Elektrolyten, einer Anode und einer Kathode. Im Prinzip funktioniert eine Wasserstoffbrennstoffzelle wie eine Batterie und produziert Elektrizität, die einen Elektromotor betreiben kann. Anstatt ein Wiederaufladen zu erfordern, kann die Brennstoffzelle jedoch mit Wasserstoff nachgefüllt werden. Verschiedene Arten von Brennstoffzellen umfassen Polymerelektrolytmembran (PEM) Brennstoffzellen, Direktmethanolbrennstoffzellen, Phosphorsäurebrennstoffzellen, Schmelzkarbonatbrennstoffzellen, Festoxidbrennstoffzellen, reformierte Methanolbrennstoffzellen und regenerative Brennstoffzellen.

Geschichte
Das Konzept der Brennstoffzelle wurde erstmals 1801 von Humphry Davy vorgestellt, aber die Erfindung der ersten funktionierenden Brennstoffzelle wird William Grove zugeschrieben, einem Chemiker, Juristen und Physiker. Groves Experimente mit einer sogenannten „Gasvoltaik-Batterie“ bewiesen 1842, dass ein elektrischer Strom durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an einem Platinkatalysator erzeugt werden konnte. Das erste moderne Brennstoffzellenfahrzeug war um 1959 ein umgebauter Allis-Chalmers-Traktor mit einer 15-Kilowatt-Brennstoffzelle. Das Space-Race-Rennen im Kalten Krieg trieb die Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnologie voran. Project Gemini testete Brennstoffzellen, um bei bemannten Weltraummissionen elektrische Energie zu liefern. Die Brennstoffzellenentwicklung wurde mit dem Apollo-Programm fortgesetzt. Die elektrischen Energiesysteme in den Apollo-Kapseln und Mond-Modulen verwendeten alkalische Brennstoffzellen. 1966 entwickelte General Motors das erste Brennstoffzellenfahrzeug, den Chevrolet Electrovan. Es hatte eine PEM-Brennstoffzelle, eine Reichweite von 120 Meilen und eine Höchstgeschwindigkeit von 70 Meilen pro Stunde. Es gab nur zwei Sitze, da der Brennstoffzellenstapel und große Tanks mit Wasserstoff und Sauerstoff den hinteren Teil des Lieferwagens einnahmen. Nur eine wurde gebaut, da das Projekt als unerschwinglich galt.

General Electric und andere arbeiteten in den 1970er Jahren weiter an PEM-Brennstoffzellen. Brennstoffzellen-Stacks waren in den 1980er Jahren immer noch hauptsächlich auf Raumfahrtanwendungen beschränkt, einschließlich des Space Shuttles. Die Schließung des Apollo-Programms hat jedoch viele Branchenexperten an private Unternehmen geschickt. In den 1990er Jahren waren Automobilhersteller an Brennstoffzellenanwendungen interessiert und Demonstrationsfahrzeuge wurden vorbereitet. Im Jahr 2001 wurden die ersten Wasserstofftanks mit 700 Bar (10000 PSI) demonstriert, wodurch die Größe der Kraftstofftanks, die in Fahrzeugen verwendet werden können, verringert und die Reichweite erweitert wurde.

Anwendungen
Für alle Verkehrsträger gibt es Brennstoffzellenfahrzeuge. Die gängigsten Brennstoffzellenfahrzeuge sind Autos, Busse, Gabelstapler und Flurförderfahrzeuge.

Automobile
Das Concept Car Honda FCX Clarity wurde 2008 von Kunden in Japan und Südkalifornien zum Leasing angeboten und bis 2015 eingestellt. Von 2008 bis 2014 hat Honda insgesamt 45 FCX-Einheiten in den USA geleast. Mehr als 20 andere FCEVs Prototypen und Demonstrationsautos wurden in diesem Zeitraum veröffentlicht, einschließlich der GM HydroGen4 und Mercedes-Benz F-Cell.

Das Fahrzeug Hyundai ix35 FCEV Fuel Cell ist seit 2014 verfügbar, als 54 Einheiten gemietet wurden.

Der Verkauf des Toyota Mirai an Regierungs- und Firmenkunden begann im Dezember 2014 in Japan. Die Preise begannen vor Steuern bei 6.700.000 Yen (~ 57.500 Euro) und einem staatlichen Anreiz von 2.000.000 Yen (~ 19.600 US-Dollar). Der frühere Präsident des Europäischen Parlaments, Pat Cox, schätzte, dass Toyota anfangs bei jedem verkauften Mirai etwa 100.000 Dollar verlieren würde. Per Dezember 2017 belief sich der weltweite Umsatz auf 5.300 Mirais. Die meistverkauften Märkte waren die USA mit 2.900 Einheiten, Japan mit 2.100 und Europa mit 200.

Die Auslieferung der Honda Clarity Fuel Cell 2017 begann im Dezember 2016 in Kalifornien. Die Clarity Fuel Cell hat mit 589 km Reichweite die höchste EPA-Reichweite aller emissionsfreien Fahrzeuge in den USA, einschließlich Treibstoff Elektrofahrzeuge für Zellen und Batterien. Das Clarity-Modell 2017 weist auch die höchsten kombinierten und städtischen Kraftstoffverbrauchswerte unter allen von der EPA bewerteten Wasserstoff-Brennstoffzellenautos auf, mit einer kombinierten Stadt / Autobahn-Bewertung von 67 Meilen pro Gallone Benzinäquivalent (MPGe) und 68 MPGe im Stadtverkehr.

Im Jahr 2017 beendete Daimler seine FCEV-Entwicklung mit rückläufigen Batteriekosten und einer steigenden Reichweite von Elektrofahrzeugen. Die meisten Automobilhersteller, die Wasserstoffautos entwickelten, hatten ihren Fokus auf batterieelektrische Fahrzeuge verlagert.

Kraftstoffverbrauch
Die folgende Tabelle vergleicht die Kraftstoffwirtschaftlichkeit der EPA, ausgedrückt in Meilen pro Gallonen-Benzinäquivalent (MPGe) für die Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen, die von der EPA im Dezember 2016 eingestuft wurden und nur in Kalifornien erhältlich sind.

Brennstoffzellen, die von einem Ethanolreformer angetrieben werden
Im Juni 2016 gab Nissan Pläne bekannt, Brennstoffzellenfahrzeuge zu entwickeln, die mit Ethanol anstelle von Wasserstoff betrieben werden. Nissan behauptet, dass dieser technische Ansatz billiger wäre und dass es einfacher wäre, die Tankinfrastruktur als eine Wasserstoffinfrastruktur einzusetzen. Das Fahrzeug würde einen Tank enthalten, der eine Mischung aus Wasser und Ethanol enthält, die in einen Bordreformer eingespeist wird, der es in Wasserstoff und Kohlendioxid spaltet. Der Wasserstoff wird dann einer Festoxidbrennstoffzelle zugeführt. Laut Nissan könnte der flüssige Kraftstoff eine Ethanol-Wasser-Mischung im Verhältnis 55:45 sein. Nissan erwartet, seine Technologie bis 2020 zu kommerzialisieren.

Busse
Es gibt auch Demonstrationsmodelle für Busse, und im Jahr 2011 wurden weltweit über 100 Brennstoffzellenbusse eingesetzt. Die meisten dieser Busse wurden von UTC Power, Toyota, Ballard, Hydrogenics und Proton Motor produziert. UTC-Busse hatten sich über 970.000 km (600.000 mi) bewegt. Brennstoffzellenbusse haben einen 30-141% höheren Kraftstoffverbrauch als Dieselbusse und Erdgasbusse. Brennstoffzellenbusse wurden in Whistler Kanada, San Francisco USA, Hamburg Deutschland, Shanghai China, London England, São Paulo Brasilien und einigen anderen Städten eingesetzt. Das Whistler-Projekt wurde im Jahr 2015 eingestellt. Der Fuel Cell Bus Club ist eine globale Kooperation bei Versuchs-Brennstoffzellenbussen. Bemerkenswerte Projekte umfassen:

12 Brennstoffzellenbusse wurden in der kalifornischen Stadt Oakland und der San Francisco Bay eingesetzt.
Die Daimler AG, mit sechsunddreißig Versuchsbussen mit Brennstoffzellen von Ballard Power Systems, hat 2007 in elf Städten eine erfolgreiche dreijährige Studie abgeschlossen.
Eine Flotte von Thor-Bussen mit UTC Power-Brennstoffzellen wurde in Kalifornien von der SunLine Transit Agency eingesetzt.
Der erste Wasserstoff-Brennstoffzellen-Bus-Prototyp in Brasilien wurde in São Paulo eingesetzt. Der Bus wurde in Caxias do Sul hergestellt, und der Wasserstoff sollte in São Bernardo do Campo aus Wasser durch Elektrolyse hergestellt werden. Das Programm „Ñnibus Brasileiro a Hidrogênio“ (brasilianischer Wasserstoff-Autobus) umfasste drei Busse.

Gabelstapler
Ein Brennstoffzellen-Gabelstapler (auch Brennstoffzellen-Gabelstapler oder Brennstoffzellen-Gabelstapler genannt) ist ein Brennstoffzellen-betriebener Industrie-Gabelstapler, der zum Heben und Transportieren von Materialien verwendet wird. Die meisten Brennstoffzellen in Gabelstaplern werden von PEM-Brennstoffzellen angetrieben.

Im Jahr 2013 wurden in den USA über 4.000 Brennstoffzellen-Gabelstapler im Materialfluss eingesetzt, von denen nur 500 von DOE (2012) finanziert wurden. Brennstoffzellenflotten werden von einer großen Anzahl von Firmen betrieben, einschließlich Sysco Foods, FedEx Freight, GENCO (bei Wegmans, Coca-Cola, Kimberly Clark und Whole Foods) und HEB Grocers. Europa hat 30 Brennstoffzellen-Gabelstapler mit Hylift vorgestellt und mit HyLIFT-EUROPE auf 200 Einheiten erweitert, weitere Projekte in Frankreich und Österreich. Pike Research stellte 2011 fest, dass mit Brennstoffzellen betriebene Gabelstapler bis zum Jahr 2020 der größte Treiber für die Nachfrage nach Wasserstoff sein werden.

PEM-Brennstoffzellen-Gabelstapler bieten erhebliche Vorteile gegenüber erdölbetriebenen Gabelstaplern, da sie keine lokalen Emissionen verursachen. Brennstoffzellen-Gabelstapler können für eine volle 8-Stunden-Schicht mit einem einzigen Wasserstofftank arbeiten, können in 3 Minuten betankt werden und haben eine Lebensdauer von 8-10 Jahren. Gabelstapler mit Brennstoffzellenantrieb werden häufig in Kühlhäusern eingesetzt, da ihre Leistung nicht durch niedrigere Temperaturen beeinträchtigt wird. Im Design werden die FC-Einheiten oft als Drop-In-Ersatz hergestellt.

Motorräder und Fahrräder
Im Jahr 2005 produzierte die britische Firma Intelligent Energy das erste funktionierende wasserstoffbetriebene Motorrad mit dem Namen ENV (Emission Neutral Vehicle). Das Motorrad hält genug Kraftstoff, um vier Stunden lang zu fahren und 160 km in einem Stadtgebiet mit einer Höchstgeschwindigkeit von 80 km / h (50 mph) zu fahren. Im Jahr 2004 entwickelte Honda ein Brennstoffzellen-Motorrad, das den Honda FC Stack nutzte. Es gibt andere Beispiele von Fahrrädern und Fahrrädern mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Motor. Der Suzuki Burgman erhielt in der EU die Genehmigung für den Typ „ganzer Fahrzeugtyp“. Die taiwanesische Firma APFC führt einen Test auf der Straße mit 80 Brennstoffzellen-Scootern für Taiwans Bureau of Energy durch, bei dem das Betankungssystem der italienischen Acta SpA zum Einsatz kommt.

Flugzeuge
Boeing-Forscher und Industriepartner in ganz Europa führten im Februar 2008 experimentelle Flugversuche eines bemannten Flugzeugs durch, das nur mit einer Brennstoffzelle und leichten Batterien betrieben wurde. Das Brennstoffzellen-Demonstratorflugzeug, wie es genannt wurde, verwendete ein Protonenaustauschmembran (PEM) -Brennstoffzelle / Lithium-Ionen-Batterie-Hybridsystem, um einen Elektromotor anzutreiben, der an einen herkömmlichen Propeller gekoppelt war. Im Jahr 2003 wurde das weltweit erste Propellerflugzeug mit einer Brennstoffzelle angetrieben. Die Brennstoffzelle war ein einzigartiges FlatStack-Stack-Design, bei dem die Brennstoffzelle in die aerodynamischen Oberflächen des Flugzeugs integriert werden konnte.

Es gab mehrere mit Brennstoffzellen betriebene unbemannte Luftfahrzeuge (UAV). Ein Horizon-Brennstoffzellen-UAV stellte 2007 den Rekorddistanzfluss für ein kleines UAV ein. Das Militär ist besonders an dieser Anwendung interessiert, wegen des geringen Rauschens, der geringen thermischen Signatur und der Fähigkeit, große Höhen zu erreichen. Im Jahr 2009 nutzte das Ion Research Laboratory (NRL) Ion Tiger eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle und flog 23 Stunden und 17 Minuten lang. Boeing schließt derzeit Tests mit dem Phantom Eye ab, einer Höhen-Langzeit-Ausdauer (HALE), die bis zu vier Tage lang bei 20.000 m (65.000 ft) für Forschungs- und Überwachungsflüge eingesetzt werden kann. Brennstoffzellen werden auch dazu verwendet, Hilfsenergie für Flugzeuge bereitzustellen, wobei fossile Brennstoffgeneratoren ersetzt werden, die zuvor zum Starten der Triebwerke und zur Stromversorgung an Bord benötigt wurden. Brennstoffzellen können Flugzeugen helfen, CO2 und andere Schadstoffemissionen und Lärm zu reduzieren.

Boote
Das weltweit erste Brennstoffzellenboot HYDRA verwendete ein AFC-System mit 6,5 kW Nettoleistung. Für jeden verbrauchten Liter Kraftstoff produziert der durchschnittliche Außenbordmotor 140 Mal weniger Kohlenwasserstoffe als ein durchschnittliches modernes Auto. Brennstoffzellenmotoren haben eine höhere Energieeffizienz als Verbrennungsmotoren und bieten daher eine bessere Reichweite und deutlich reduzierte Emissionen. Island hat sich verpflichtet, seine riesige Fischereiflotte auf die Nutzung von Brennstoffzellen umzustellen, um bis 2015 Hilfsstrom bereitzustellen und schließlich Primärstrom in seinen Booten bereitzustellen. Amsterdam hat vor kurzem sein erstes brennstoffzellenbetriebenes Boot vorgestellt, das Menschen auf den berühmten und schönen Kanälen der Stadt befährt.

U-Boote
Die erste tauchfähige Anwendung von Brennstoffzellen ist das deutsche U-Boot Typ 212. Jeder Typ 212 enthält neun PEM-Brennstoffzellen, die über das gesamte Schiff verteilt sind und jeweils zwischen 30 kW und 50 kW elektrische Energie liefern. Dadurch bleibt der Typ 212 länger unter Wasser und ist schwieriger zu erkennen. Mit Brennstoffzellen betriebene U-Boote sind auch einfacher zu konstruieren, herzustellen und zu warten als Atom-U-Boote.

Züge
Im März 2015 stellte die China South Rail Corporation (CSR) in einer Montageanlage in Qingdao die weltweit erste mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle vor. Der Chefingenieur der CSR-Tochter CSR Sifang Co Ltd., Liang Jianying, sagte, dass das Unternehmen untersucht, wie die laufenden Kosten der Straßenbahn gesenkt werden können. In sieben chinesischen Städten wurden insgesamt 83 Meilen Schienen für das neue Fahrzeug gebaut. China plant, in den nächsten fünf Jahren 200 Milliarden Yuan auszugeben, um die Straßenbahnschienen auf mehr als 1.200 Meilen zu erhöhen.

Im Jahr 2016 debütierte Alstom mit dem Coradia iLint, einem Regionalzug, der mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben wird und der erste wasserstoffbetriebene Triebzug der Welt sein wird. Der Coradia iLint wird 140 Kilometer pro Stunde erreichen und 600-800 Kilometer mit einem vollen Wasserstofftank fahren können. Der erste Coradia iLint wird voraussichtlich im Dezember 2017 auf der Strecke Buxtehude-Bremervörde-Bremerhaven-Cuxhaven in Niedersachsen in Betrieb gehen.

Wasserstoff-Infrastruktur
Eberle und Rittmar von Helmolt stellten 2010 fest, dass es noch Herausforderungen geben muss, bevor Brennstoffzellenautos mit anderen Technologien wettbewerbsfähig werden können, und verweisen auf die fehlende flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur in den USA: Ab Juli 2017 gab es 36 öffentlich zugängliche Wasserstofftankstellen in den USA Davon befanden sich 32 in Kalifornien. Im Jahr 2013 unterzeichnete Gouverneur Jerry Brown AB 8, eine Rechnung, um 20 Millionen Dollar pro Jahr für 10 Jahre zu finanzieren, um bis zu 100 Stationen zu bauen. Im Jahr 2014 finanzierte die California Energy Commission 46,6 Millionen US-Dollar für den Bau von 28 Stationen.

Japan hatte seine erste kommerzielle Wasserstofftankstelle im Jahr 2014. Bis März 2016 verfügte Japan über 80 Wasserstofftankstellen, und die japanische Regierung will diese Zahl bis 2020 auf 160 verdoppeln. Im Mai 2017 gab es in Japan 91 Wasserstofftankstellen. Deutschland verfügte im Juli 2015 über 18 öffentliche Wasserstofftankstellen. Bis Ende 2016 wollte die Bundesregierung diese Zahl auf 50 erhöhen, im Juni 2017 waren es erst 30.

Codes und Standards
Brennstoffzellenfahrzeug ist eine Klassifizierung in FC-Wasserstoff-Codes und Standards und Brennstoffzellen-Codes und Standards andere Hauptstandards sind stationäre Brennstoffzellen-Anwendungen und tragbare Brennstoffzellen-Anwendungen.

US-Programme
Im Jahr 2003 schlug US-Präsident George Bush die „Hydrogen Fuel Initiative“ (HFI) vor. Ziel des HFI war es, Wasserstoff-Brennstoffzellen und Infrastrukturtechnologien weiterzuentwickeln, um die kommerzielle Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen zu beschleunigen. Bis 2008 hatten die USA 1 Milliarde Dollar für dieses Projekt bereitgestellt. Im Jahr 2009 behauptete Steven Chu, damals US-Energieminister, dass Wasserstofffahrzeuge „in den nächsten 10 bis 20 Jahren nicht praktikabel sein werden“. Im Jahr 2012 erklärte Chu jedoch, dass er Brennstoffzellenautos als wirtschaftlich machbarer erachte, da die Erdgaspreise gefallen seien und sich die Wasserstoffreformierungstechnologien verbessert hätten. Im Juni 2013 gewährte die California Energy Commission 18,7 Millionen US-Dollar für Wasserstofftankstellen. Im Jahr 2013 unterzeichnete Gouverneur Brown AB 8, ein Gesetzentwurf für 20 Millionen Dollar pro Jahr für 10 Jahre für bis zu 100 Stationen. Im Jahr 2013 kündigte das US-Energieministerium bis zu 4 Millionen US-Dollar an, die für die „kontinuierliche Entwicklung moderner Wasserstoffspeichersysteme“ geplant sind. Am 13. Mai 2013 startete das Energy Department H2USA, das sich auf die Weiterentwicklung der Wasserstoffinfrastruktur in den USA konzentriert.

Kosten
Bis 2010 haben Fortschritte in der Brennstoffzellentechnologie Größe, Gewicht und Kosten von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen reduziert. Im Jahr 2010 schätzte das US-Energieministerium (Department of Energy, DOE), dass die Kosten für Automobilbrennstoffzellen seit 2002 um 80% gesunken sind und dass solche Brennstoffzellen möglicherweise für 51 US $ / kW hergestellt werden können, unter der Annahme hoher Fertigungskosteneinsparungen. Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge wurden mit „einer Reichweite von mehr als 250 Meilen zwischen der Betankung“ hergestellt. Sie können in weniger als 5 Minuten betankt werden. Entfaltete Brennstoffzellenbusse haben eine um 40% höhere Kraftstoffwirtschaftlichkeit als Dieselbusse. Das EERE-Programm für Brennstoffzellen-Technologien behauptet, dass Brennstoffzellen ab 2011 bei voller Leistung einen Wirkungsgrad von 42 bis 53% Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen und eine Lebensdauer von mehr als 75.000 Meilen mit weniger als 10% Spannungsabbau erreichen, doppelt so viel wie 2006. Im Jahr 2012 veröffentlichte Lux Research, Inc. einen Bericht, der zu dem Schluss kam, dass „Kapitalkosten … die Einführung bis 2030 auf nur 5,9 GW begrenzen werden“, was „eine fast unüberwindbare Hürde für die Einführung darstellt, außer in Nischenanwendungen“. Die Analyse von Lux ergab, dass die stationäre Brennstoffzellenanwendung von PEM bis 2030 eine Milliarde US-Dollar erreichen wird, während der Fahrzeugmarkt einschließlich der Brennstoffzellen-Gabelstapler insgesamt 2 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Umweltbelastung
Die Umweltauswirkung von Brennstoffzellenfahrzeugen hängt von der Primärenergie ab, mit der der Wasserstoff erzeugt wurde. Brennstoffzellenfahrzeuge sind nur umweltfreundlich, wenn der Wasserstoff mit erneuerbarer Energie erzeugt wurde. Wenn das der Fall ist, sind Brennstoffzellenautos sauberer und effizienter als Autos mit fossilen Brennstoffen. Sie sind jedoch nicht so effizient wie batterieelektrische Fahrzeuge, die viel weniger Energie verbrauchen. Normalerweise verbraucht ein Brennstoffzellenauto 2,4 mal mehr Energie als ein batterieelektrisches Auto, da die Elektrolyse und Speicherung von Wasserstoff viel weniger effizient ist als die Verwendung von Elektrizität, um eine Batterie direkt zu laden.

Ab 2009 verbrauchten Kraftfahrzeuge den größten Teil des in den USA verbrauchten Erdöls und produzierten über 60% der Kohlenmonoxidemissionen und ungefähr 20% der Treibhausgasemissionen in den Vereinigten Staaten, jedoch die Produktion von Wasserstoff für Hydrokracken, der in der Benzinproduktion verwendet wird unter seinen industriellen Nutzungen war für etwa 10% der flottenweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Im Gegensatz dazu emittiert ein Fahrzeug, das mit reinem Wasserstoff betrieben wird, wenig Schadstoffe und produziert hauptsächlich Wasser und Wärme, obwohl die Produktion des Wasserstoffs Schadstoffe erzeugen würde, wenn der in der Brennstoffzelle verwendete Wasserstoff nicht nur mit erneuerbaren Energien erzeugt würde.

In einer Well-to-Wheels-Analyse aus dem Jahr 2005 schätzte das Energieministerium, dass Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge, die aus Erdgas produzierten Wasserstoff verwenden, Emissionen von etwa 55% des CO2 pro Kilometer von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verursachen und etwa 25% weniger Emissionen als Hybridfahrzeuge. Im Jahr 2006 stellte Ulf Bossel fest, dass die große Menge an Energie benötigt wird, um Wasserstoff aus natürlichen Verbindungen (Wasser, Erdgas, Biomasse) zu isolieren, das Leichtgas durch Kompression oder Verflüssigung zu verpacken, den Energieträger an den Nutzer zu übertragen, sowie die Energieverluste bei es wird mit Brennstoffzellen in nutzbaren Strom umgewandelt und lässt etwa 25% für den praktischen Gebrauch übrig. „Richard Gilbert, Mitverfasser von Transport Revolutions: Moving People and Freight without Oil (2010), kommentiert in ähnlicher Weise, dass die Produktion von Wasserstoffgas mit einigen endet Denn dann wird Energie aufgenommen, indem der Wasserstoff in Brennstoffzellen wieder in Elektrizität umgewandelt wird. „“ Das bedeutet, dass nur ein Viertel der anfänglich verfügbaren Energie den Elektromotor erreicht „. t Stapeln Sie gut gegen zum Beispiel, ein elektrisches Fahrzeug (EV) wie den Nissan Leaf oder den Chevy Volt von einer Wandsteckdose aufzuladen. „A 2010 Well-to-Wheel-Analyse von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen berichtet von Argonne National Laborato ry besagt, dass erneuerbare H2-Wege viel größere Treibhausgas-Vorteile bieten. Dieses Ergebnis wurde kürzlich bestätigt. Im Jahr 2010 nahm eine US-DOE Well-to-Wheels-Publikation an, dass die Effizienz des einzigen Schritts der Wasserstoffkompression an der Tankstelle bei 6250 psi (43,1 MPa) 94% beträgt. Eine 2016 in der November-Ausgabe der Zeitschrift Energy von Wissenschaftlern der Stanford University und der Technischen Universität München durchgeführte Studie kam zu dem Schluss, dass Investitionen in vollelektrische Batteriefahrzeuge selbst unter der Annahme einer lokalen Wasserstoffproduktion eine wirtschaftlichere Option zur Senkung der Kohlendioxidemissionen darstellen. vor allem wegen ihrer geringeren Kosten und der deutlich höheren Energieeffizienz. “

Kritik
Im Jahr 2008 schrieb Professor Jeremy P. Meyers in der Zeitschrift Electrochemical Society Interface: „Obwohl Brennstoffzellen im Vergleich zu Verbrennungsmotoren effizient sind, sind sie nicht so effizient wie Batterien, hauptsächlich aufgrund der Ineffizienz der Sauerstoffreduktionsreaktion. … Sie sind am sinnvollsten für einen vom Netz getrennten Betrieb oder wenn der Brennstoff kontinuierlich zugeführt werden kann, für Anwendungen, die häufige und relativ schnelle Inbetriebnahmen erfordern, bei denen keine Emissionen erforderlich sind, wie in geschlossenen Räumen wie Lagerhallen und Wo Wasserstoff als akzeptabler Reaktant angesehen wird, wird eine [PEM-Brennstoffzelle] immer attraktiver [wenn der Austausch von Batterien unpraktisch ist]. “ Die praktischen Kosten für Brennstoffzellen für Autos werden jedoch hoch bleiben, bis die Produktionsmengen Größenvorteile und eine gut entwickelte Lieferkette aufweisen. Bis dahin liegen die Kosten etwa eine Größenordnung höher als die Zielvorgaben der DOE.

Auch im Jahr 2008 berichtete Wired News, dass „Experten sagen, dass es 40 Jahre oder mehr dauern wird, bevor Wasserstoff einen nennenswerten Einfluss auf den Benzinverbrauch oder die globale Erwärmung hat, und wir können es uns nicht leisten, so lange zu warten Ressourcen von unmittelbarer Lösungen. “ Das Magazin „The Economist“ zitierte Robert Zubrin, den Autor von Energy Victory, im Jahr 2008 mit den Worten: „Wasserstoff ist nur der schlechteste mögliche Kraftstoff“. Das Magazin stellte fest, dass der meiste Wasserstoff durch Dampfreformierung produziert wird, die mindestens so viel Kohlenstoffemissionen pro Meile erzeugt wie einige der heutigen Benzinautos. Auf der anderen Seite, wenn der Wasserstoff mit erneuerbaren Energien erzeugt werden könnte, „wäre es sicherlich einfacher, diese Energie einfach zu nutzen, um die Batterien von rein elektrischen oder Plug-in-Hybridfahrzeugen aufzuladen.“ Die Los Angeles Times schrieb 2009: „Wie man es betrachtet, Wasserstoff ist eine lausige Art, Autos zu bewegen.“ Die Washington Post fragte im November 2009: „Würdest du Energie in Form von Wasserstoff speichern und diesen Wasserstoff dann nutzen, um Elektrizität für einen Motor zu erzeugen, wenn elektrische Energie bereits darauf wartet, aus den Steckdosen in ganz Amerika gesaugt und gelagert zu werden in Autobatterien …? “

Der Motley Fool stellte 2013 fest, dass „es immer noch kostentreibende Hindernisse [für Wasserstoffautos] in Bezug auf Transport, Lagerung und vor allem Produktion gibt.“ Rudolf Krebs von Volkswagen sagte 2013: „Egal, wie gut man die Autos selbst baut, die Gesetze der Physik behindern ihre Gesamteffizienz. Der effizienteste Weg, Energie in Mobilität umzuwandeln, ist Elektrizität.“ Er erläuterte: „Wasserstoff-Mobilität macht nur Sinn, wenn man grüne Energie nutzt“, aber … man muss ihn zuerst in Wasserstoff umwandeln mit „niedrigen Wirkungsgraden“, wobei „man etwa 40 Prozent der Anfangsenergie verliert“. Sie müssen dann den Wasserstoff verdichten und unter hohem Druck in Tanks speichern, die mehr Energie verbrauchen. „Und dann muss der Wasserstoff in einer Brennstoffzelle mit einem weiteren Effizienzverlust wieder in Elektrizität umgewandelt werden“. Krebs fuhr fort: „Am Ende, von Ihren ursprünglichen 100 Prozent der elektrischen Energie, enden Sie mit 30 bis 40 Prozent.“

Im Jahr 2014 veröffentlichte der elektrische Automobil- und Energie-Futurist Julian Cox eine Analyse, die US-amerikanische NREL- und EPA-Daten nutzte, die weit verbreitete politische Annahmen hinsichtlich der behaupteten Emissionsvorteile durch die Verwendung von Wasserstoff im Verkehr widerlegen. Cox berechnete die Emissionen, die pro EPA-Kombikraftfahrmeile, Well-to-Wheel, durch reale Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge erzeugt wurden, und die Zahlen, die von den Testpersonen der USE-DOE-Langzeit-NREL-FCV-Studie gesammelt wurden. Der Bericht enthüllte offizielle Daten, die die Behauptungen des Vermarkters über inhärente Vorteile von Wasserstoffbrennstoffzellen gegenüber den Antriebssträngen von gleichwertigen herkömmlichen Benzinhybriden und sogar gewöhnlichen Kleinmotorwagen mit äquivalenter Antriebsstrangleistung aufgrund der Emissionsintensität der Wasserstoffproduktion aus Erdgas eindeutig widerlegen . In dem Bericht wurde die wirtschaftliche Unvermeidbarkeit einer fortgesetzten Methanutzung in der Wasserstoffproduktion aufgrund des Kostenauslöseeffekts von Wasserstoffbrennstoffzellen auf die erneuerbare Kilometerleistung aufgrund von Umwandlungsverlusten von Elektrizität zu und von Wasserstoff im Vergleich zur direkten Verwendung von Elektrizität in einem gewöhnlichen Strom demonstriert elektrisches Fahrzeug. Die Analyse widerspricht den Marketing-Behauptungen von Fahrzeugherstellern, die an der Förderung von Wasserstoff-Brennstoffzellen beteiligt sind und deren Behauptungen häufig in öffentlichen Stellungnahmen zum Ausdruck kommen. Die Analyse zeigte, dass die öffentliche Politik in Bezug auf Wasserstoffbrennstoffzellen durch falsche Äquivalenzen mit sehr großen, sehr alten oder sehr leistungsstarken Benzinfahrzeugen fehlgeleitet wurde, die nicht genau die Auswahl von Emissionsreduktionstechnologien widerspiegeln, die zu niedrigeren Kosten verfügbar sind Wahlmöglichkeiten für Neufahrzeuge für die Verbraucher und auch für den Steuerzahler, der die überflüssige Wasserstoffinfrastruktur unter der Prämisse finanzierte, dass dies aus wissenschaftlichen Gründen sachlich falsch ist. Stattdessen können die Marketing- und damit auch die politischen Forderungen nach Wasserstoff durch die offiziellen US-DOE-Zahlen als sehr irreführend nachgewiesen werden. Cox schrieb 2014, dass die Produktion von Wasserstoff aus Methan „pro Kohlenstoffeinheit deutlich kohlenstoffintensiver ist als Kohle. Wenn man fossilen Wasserstoff aus dem Hydraulic Fracturing von Schiefer für einen ökologisch nachhaltigen Energiepfad hält, drohen Energiepolitiken, die die globalen Bemühungen verwässern und potenziell zum Scheitern bringen um den Klimawandel abzuwenden, weil die Gefahr besteht, Investitionen abzulenken und sich auf Fahrzeugtechnologien zu konzentrieren, die mit erneuerbaren Energien wirtschaftlich vereinbar sind. “ Der Business Insider kommentierte 2013:

Reiner Wasserstoff kann industriell hergeleitet werden, benötigt aber Energie. Wenn diese Energie nicht aus erneuerbaren Quellen stammt, sind Brennstoffzellenautos nicht so sauber wie sie scheinen. … Eine weitere Herausforderung ist der Mangel an Infrastruktur. Tankstellen müssen in die Möglichkeit investieren, Wasserstofftanks zu tanken, bevor FCEVs praktisch werden, und es ist unwahrscheinlich, dass viele das tun werden, während heute nur noch wenige Kunden auf der Straße sind. … Der Mangel an Infrastruktur verschärft die hohen Kosten der Technologie. Brennstoffzellen sind „immer noch sehr, sehr teuer“.

Im Jahr 2014 widmete der Klimablogger und ehemalige Deputy of Energy-Beamte Joseph Romm drei Artikel der Kritik an Wasserstofffahrzeugen. Er erklärte, dass die FCV die folgenden Probleme noch immer nicht gelöst hätten: hohe Kosten der Fahrzeuge, hohe Treibstoffkosten und fehlende Infrastruktur für die Treibstoffversorgung. „Es würde mehrere Wunder brauchen, um all diese Probleme gleichzeitig in den kommenden Jahrzehnten zu überwinden.“ Außerdem sagte er: „FCVs sind nicht grün“, weil Methan bei der Erdgasgewinnung entweicht und wenn Wasserstoff zu 95% aus dem Dampfreformierungsprozess gewonnen wird. Er kam zu dem Schluss, dass erneuerbare Energie nicht wirtschaftlich genutzt werden könne, um Wasserstoff für eine FCV-Flotte „jetzt oder in Zukunft“ herzustellen. Der Analyst von GreenTech Media kam 2014 zu ähnlichen Ergebnissen. Im Jahr 2015 führte Clean Technica einige der Nachteile von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen auf, ebenso wie Car Throttle. Ein anderer Autor von Clean Technica schlussfolgerte: „Während Wasserstoff in der Welt der Energiespeicherung (vor allem saisonale Speicherung) eine Rolle spielen könnte, sieht es für Mainstream-Fahrzeuge wie eine Sackgasse aus.“

Eine in Green Car Reports veröffentlichte Analyse aus dem Jahr 2017 ergab, dass die besten Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge mehr als dreimal so viel Strom pro Meile verbrauchen wie ein Elektrofahrzeug … mehr Treibhausgasemissionen erzeugen als andere Antriebstechnologien … [und haben] sehr hohe Kraftstoffkosten … Angesichts der Hindernisse und Anforderungen für eine neue Infrastruktur (die voraussichtlich bis zu 400 Milliarden US-Dollar kosten werden) dürften Brennstoffzellenfahrzeuge bestenfalls eine Nischentechnologie sein, die sich kaum auf den US-Ölverbrauch auswirkt. Michael Barnard, der im Jahr 2017 in Forbes schrieb, listete die anhaltenden Nachteile von Wasserstoff-Brennstoffzellenautos auf und kam zu dem Schluss: „Um 2008 war klar, dass Wasserstoff als Energiespeicher für Fahrzeuge der Batterietechnologie unterlegen ist und sein würde. y 2025 sollten die letzten Hold outs wahrscheinlich ihre Brennstoffzellenträume aufgeben.