Was ist ein Wasserstoffantrieb?
Aufbau und Funktion eines Wasserstoffmotors
Antriebe mit Wasserstoff im Vergleich zu herkömmlichen Motoren
Offene Fragen: Herstellung und Infrastruktur
Wo werden Wasserstoffantriebe eingesetzt?
Zukunftsaussichten: Welche Potenziale hat der Wasserstoffantrieb noch?
Die Welt verschreibt sich zunehmend dem Klimaschutz. In diesem Kontext gewinnt der Wasserstoffantrieb an Bedeutung und gilt als wichtige Technologie für eine saubere Zukunft. Dieser Artikel beleuchtet die Vorteile von Wasserstoffmotoren.
Wasserstofffahrzeuge erzeugen ihren Strom in einer Brennstoffzelle: Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff, dabei entstehen Strom und Wasser. Wie die CO₂-Bilanz insgesamt ausfällt, hängt davon ab, wie der Wasserstoff hergestellt wurde. Erfahre jetzt mehr über Wasserstoffantriebe, ihre Funktionsweise und ihre Eigenschaften.
Der Toyota Mirai ist das erste serienmäßige Wasserstoffauto, das ohne CO₂-Emissionen auf der Straße unterwegs ist.
Energieverbrauch Toyota Mirai, (Brennstoffzelle, Wasserstoff), Elektromotor 134 kW (182 PS), kombiniert: 0,79-0,89 kg/100 km, CO2-Emissionen kombiniert: 0 g/km, CO2-Klasse: A*
Der Wasserstoffantrieb ist ein Antrieb, der Wasserstoff als primäre Energiequelle nutzt. Im Kern funktioniert er durch das Umwandeln von Wasserstoff in elektrische Energie, meist mittels einer Brennstoffzelle. In der Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft, sodass dabei Strom, Wasser und Wärme entstehen. Die Energie wird anschließend dafür verwendet, um einen Elektromotor anzutreiben, der das Fahrzeug mit Wasserstoffantrieb in Bewegung bringt.
Antriebe mit Wasserstoff sind eine besondere Variante eines Antriebs mit Brennstoffzelle, deren funktionales Grundprinzip bereits im Jahr 1838 entdeckt wurde. Es basiert auf einer Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff, blieb allerdings als Technologie jahrelang unberücksichtigt. Grund dafür war die Erfindung des Verbrennungsmotors. Erst in der Mitte des 20. Jahrhunderts begann erneut die Forschung an alternativen Antriebsarten. Verschiedene Firmen stellten einzelne Prototypen von Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb her.
Ein Antrieb mit Wasserstoff besteht aus zwei Bestandteilen: aus einer Brennstoffzelle und einem elektrischen Motor. Das Herzstück ist die Brennstoffzelle. Sie nutzt die chemischen Eigenschaften von Wasserstoff und Sauerstoff, um elektrische Energie zu erzeugen. Es handelt sich hierbei um eine kalte Verbrennung. Wasserstoff oxidiert durch Sauerstoff und als Endprodukt entsteht Wasser. Es ist keine zusätzliche Zufuhr von Energie von außen erforderlich.
Spannend ist, wie der Wasserstoffantrieb funktioniert. In der Brennstoffzelle reagiert der Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft und es bleibt Wasser als Endprodukt übrig. Um den Wasserstoff im Fahrzeug aufzubewahren, existieren spezielle Tanks. Sie speichern den Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen flüssig oder gasförmig. Dies ist wichtig, da es sich bei Wasserstoff in seiner natürlichen Form um ein sehr leichtes Gas handelt.
In den meisten aktuell verwendeten Brennstoffzellen arbeiten eine Anode, eine Kathode sowie dazwischen eine Protonen-Elektrolyt-Membran (PEM). An der Anode und Kathode befinden sich jeweils Katalysator-Materialien. Die Membran trennt beide Bereiche voneinander. Außerdem gibt es einen elektrischen Leiter, der von der Wasserstoff-Zelle zur Sauerstoff-Zelle führt. Durch die PEM gelangen nur Protonen, aber keine Elektronen.
Die Energie aus einer einzelnen Brennstoffzelle reicht jedoch nicht aus, um ein Fahrzeug anzutreiben. Die Zellen werden deshalb zu „Stacks“ zusammengefasst, sodass teilweise bis zu 100 von diesen als Kombination in einem Antrieb vorkommen. Durch die gemeinsame Leistung aller „Stacks“ steht genügend Energie für den Antrieb des Elektromotors bereit.
Eine kleine elektrische Batterie dient bei den meisten Wasserstoffautos als Puffer. Diese dient dazu, beim Start des Fahrzeugs die Zeit zu überbrücken. Sie ist so lange in Gebrauch, bis die Brennstoffzelle einsatzbereit ist.
Der Wasserstoffantrieb mit Brennstoffzelle bietet gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren einige Vorteile. Das beste Argument für einen Antrieb mit Wasserstoff ist überzeugend. Als einziges Endprodukt des chemischen Verfahrens bleibt nur noch Wasser übrig. Daneben entstehen außerdem elektrische Energie und Wärme, aber keinerlei umweltschädliche Emissionen.
Zudem gewinnt bei der Frage, ob Wasserstoff oder Elektro die bessere Wahl eines elektrischen Antriebs ist, auch das Wasserstoffauto. Es bietet eine erheblich größere Reichweite als ein reines Elektroauto. Als Beispiel für diesen Vorteil ist die produzierte Wärme zu nennen, die sich für Heizprozesse im Wasserstoffauto nutzen lässt. Dadurch sinkt etwa der Stromverbrauch für die Sitzheizung.
Abhängig von der Größe des Tanks für den Wasserstoff wären Reichweiten von über 500 Kilometer pro Füllung kein Problem für wasserstoffbetriebe Autos. Ein Kilogramm Wasserstoff enthält etwa so viel Energie wie vier Liter Benzin oder Diesel. Gegenüber reinen elektrischen Autos punktet das Wasserstoffauto auch beim Tankvorgang. Innerhalb von nur drei bis fünf Minuten ist der Tank wieder voll.
Eine weitere Stärke des Wasserstoffantriebs ist sein hoher Wirkungsgrad. Während Benziner und Dieselfahrzeuge einen Wirkungsgrad zwischen 30 und 40 Prozent erreichen, erreichen die Autos mit Wasserstoffantrieb mindestens 60 Prozent. Sie sind also wesentlich effizienter, weil bei konventionellen Motoren überschüssige Energie als Wärme einfach verlorengeht.
Trotz mehrerer Vorteile sind rund um Wasserstoffantriebe Fragen offen. Im Mittelpunkt steht, woher der Wasserstoff stammt und mit welcher Energie er hergestellt wird.
Da natürliche Wasserstoffvorkommen nicht ausreichen, muss Wasserstoff unter Einsatz von Energie hergestellt werden – überwiegend durch Elektrolyse. Wie die CO₂-Bilanz ausfällt, hängt davon ab, aus welcher Quelle der dafür genutzte Strom kommt: Bei Strom aus erneuerbaren Quellen fällt sie deutlich günstiger aus als bei Strom aus dem allgemeinen Netzmix.
Eine weitere Hürde ist die Tankinfrastruktur. In Deutschland gibt es derzeit 50 öffentliche Wasserstofftankstellen (Stand: 15.01.2026, Quelle: https://www.electrive.net/2026/01/15/nur-noch-rund-50-oeffentliche-wasserstoff-tankstellen-in-deutschland/). Aufgrund der hohen Reichweite von Wasserstofffahrzeugen lässt sich das Tanken bei entsprechender Planung gut organisieren.
Offen ist außerdem die Rohstofffrage für Brennstoffzellen. Platin ist chemisch gut geeignet, aber teuer. Forschungsprojekte arbeiten daran, den Platinanteil zu senken oder das Metall zu ersetzen.
Wasserstoffantriebe werden bereits in mehreren Bereichen eingesetzt. Dazu zählen eine Reihe von Fahrzeugen wie Autos, Busse, Lastkraftwagen und Züge. Ebenso ist Wasserstoff in der Luftfahrt für Flugzeuge in der Testphase. Anwendungsbeispiele hierfür sind der erste Wasserstoffzug zwischen Leipzig und Grimma sowie das HY4-Flugzeug von H2Fly. Außerdem werden Antriebe mit Wasserstoff in städtische Projekte integriert. So ist die von Toyota entwickelte „Woven City“ eine Stadt in Japan, in der Wasserstoff als Energieträger zum Einsatz kommt.
Der Wasserstoffantrieb wird ebenfalls in der Automobilindustrie eingesetzt. Toyota brachte mit dem Mirai das erste serienmäßige Modell auf den Markt. Bei den olympischen Spielen kam der Wasserstoffbus Sora zum Einsatz. Von der Technologie profitieren vor allem Fahrzeuge, die eine größere Strecke zurücklegen. Die mit Wasserstoff gefüllten Tanks ermöglichen eine hohe Reichweite und sind daher ideal für Langstreckenfahrzeuge.
In früheren Jahren kamen Wasserstoffantriebe bereits in U-Booten und in der Raumfahrt zur Anwendung, da sie keine Abgase ausstoßen und sehr wartungsarm sind. In anderen Projekten ist Wasserstoff die Grundlage, um Wohnhäuser zu beheizen. Derzeit verwenden viele der genannten Beispiele noch Wasserstoff, der durch zugeführtes Erdgas entsteht. Es gibt jedoch Anstrengungen, baldmöglich für diese Nutzungen vorwiegend grünen Wasserstoff heranzuziehen.
Großes Potenzial besitzt Wasserstoff als Energiespeicher. Aktuell ist es schwierig, grün erzeugten Strom über lange Strecken zu transportieren und zu speichern. Hierfür wäre der Aufbau einer umfangreichen Infrastruktur erforderlich. Interessant wären dann auch Anwendungen in der Industrie, die erhebliche Mengen an Energie für die Produktion benötigt.
Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb sind für die Energiewende sehr vielversprechend, da sie effizient sind und weit fahren können. Wie Elektroautos erzeugen sie vor Ort fast keine Abgase, was hilft, die Luftverschmutzung in Städten zu verringern. Sie eignen sich gut für lange Fahrten, da sie durch den Wasserstofftank eine große Reichweite haben.
Viele Wachstumschancen gibt es aktuell noch im Bereich der Infrastruktur. Die Bundesregierung legte im Juni 2023 die nationale Strategie für Wasserstoff vor. Ziel ist es, in Deutschland eine Elektrolyse-Infrastruktur aufzubauen, die es ermöglicht, das chemische Element beispielsweise aus Meerwasser herzustellen. Zusätzlich ist geplant, eine Infrastruktur zum Transport von Gas zu errichten. Dazu gehören auch Tankstellen für Wasserstoff. Auch die Anwendungsforschung rückt stärker in den Fokus. Bereits in den nächsten Jahren, teilweise aber auch bis 2030 sollen die Förderungen und Projekte umgesetzt sein.
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