Zapfhahn für flüssigen Wasserstoff steckt im Tank eines Autos

Beim reinen Elektroantrieb dauert der Ladevorgang mehrere Stunden und die Reichweite ist begrenzt. Dagegen dauert die Betankung mit flüssigem Wasserstoff nur wenige Minuten und die Reichweite ist hoch. - Bild: NOW

| von Sebastian Moser

Glaubt man an die momentanen Bemühungen der Politik und der Automobilhersteller, gehört dem Elektroantrieb die Zukunft. Über die Brennstoffzelle hört man indes hierzulande wenig.

Und das ist schlecht: Denn die Brennstoffzelle als Antrieb für die Fahrzeuge der Zukunft ist längst nicht aus dem Rennen! „Der Betankungsvorgang erfolgt in drei Minuten und Reichweiten von über fünfhundert Kilometer sind kein Problem“, weiß Prof. Werner Tillmetz, Vorstand am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW).

Die Vision sieht dabei wie folgt aus: Die von regenerativen Energieträgern wie Wind und Sonne in Kraftwerken erzeugte elektrische Energie wird zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse verwendet. Dieser Wasserstoff wird gespeichert und steht dann für den Betrieb der Brennstoffzellenfahrzeuge zur Verfügung. Dabei werden Brennstoffzellen nicht nur für Fahrzeuge genutzt: Sie können auch Strom für Haushalte erzeugen.

Und jetzt kommt die schlechte Nachricht: Deutschland hat laut Tillmetz den Anschluss verloren. Weit voran sind die Asiaten und hier besonders die Japaner. „Die Japaner haben sich von den weltwirtschaftlichen Turbulenzen der vergangenen Jahrzehnte nie beeinflussen lassen und über Jahrzehnte konsequent an der Brennstoffzelle geforscht“, so Tillmetz.

Er berichtet, dass es in Japan in den letzten fünf bis sechs Jahren ein groß angelegtes Förderprogramm für Brennstoffzellen zur Stromversorgung von Haushalten gegeben habe. „Im Zuge dieses Programms wurden 150.000 Brennstoffzellen installiert. Für die nächsten 10 Jahre ist ein ähnliches Förderprogramm für brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge verabschiedet“, berichtet Tillmetz.

Japan fährt Brennstoffzellenproduktion hoch

Längst sind japanische Unternehmen dabei, die Brennstoffzellenproduktion hochzufahren. So sollen allein im kommenden Jahr 50.000 Geräte produziert werden.

Und Deutschland? Wurde abgehängt. Mittlerweile importieren deutsche Anbieter japanische Technologie und verbauen diese in ihren Geräten.

Tillmetz beklagt grundsätzlich, dass sich die Deutschen mit 'radikalen Innovationen' immer schwer tun. Beispiele seien neben der Brennstoffzelle die Digitalkamera oder die LED.

Die Deutschen seien dagegen gut darin, vorhandene Technologien in kleinen Schritten zu perfektionieren. „In den letzten Jahren hat Deutschland viele disruptive Innovationen verschlafen. Da sind uns die Asiaten und auch die Amerikaner deutlich überlegen“, kritisiert Tillmetz.

Antriebskonzept im Versuchsbetrieb

Immerhin scheint die Politik in Deutschland mit Blick auf die Brennstoffzelle aufgewacht zu sein: „Nach acht Jahren Kampf haben wir es geschafft, dass die Bundesregierung die Markteinführung der Brennstoffzellen-Heizgeräte fördert“, so Tillmetz. Das wurde im August 2016 beschlossen und die letzten bürokratischen Hürden werden gerade überwunden.

Tillmetz ist davon überzeugt, dass die Brennstoffzelle in der Mobilität der Zukunft eine sehr große Rolle spielen wird. Verlief die Brennstoffzellenentwicklung in den letzten Jahrzehnten eher wellenförmig, gibt es seit 2012 einen deutlichen Aufwärtstrend.

Treiber sind die Automobilhersteller und insbesondere japanische und koreanische OEM wie Toyota, Honda und Hyundai. Immerhin ist von den deutschen OEM auch der Daimler-Konzern vorne mit dabei. Noch in diesem Jahr soll eine neue Fahrzeuggeneration auf Basis des Modells GLC starten. Weiter berichtet das Unternehmen, dass Fahrzeuge wie die B-Klasse F-Cell und der Stadtbus Citaro Fuelcell-Hybrid im Versuchsbetrieb zusammen inzwischen über zwöf Millionen Kilometer zurückgelegt und so die Marktreife des Antriebskonzepts unter Beweis gestellt haben.

Warum Wasserstoff über die Brennstoffzelle in Strom umwandeln?

Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen dürfte ein wichtiger Energieträger der Zukunft sein. Er kann aus den stark fluktuierenden erneuerbaren Energien in Überschusszeiten erzeugt werden und dann als Treibstoff im Verkehr genutzt werden. Wasserstoff könnte auch in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren direkt als Treibstoff genutzt werden.

Warum macht die Umsetzung in der Brennstoffzelle zu Strom mehr Sinn? Weil der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle deutlich höher ist: Er liegt bei mehr als 50 Prozent und ist darüber hinaus völlig emissionsfrei. Bei direkter Verbrennung werden dagegen nur 20 Prozent des Treibstoffes in die Fortbewegung umgesetzt. Dies hat auch der Autobauer BMW im Zuge eines über Jahre angelegten Forschungsprojekts realisiert und daher die direkte Nutzung von Wasserstoff als Antrieb für die Fahrzeuge aufgegeben.

Hersteller erkennen die Vorteile der Brennstoffzelle

Elektroauto an Wasserstofftankstelle vor Firmengebäude von ZSW
Die Investitionen in eine geeignete Wasserstoffinfrastruktur sind vergleichsweise hoch. Erst allmählich wird ein Tankstellennetz aufgebaut. - Bild: ZSW

„Immer mehr Automobilhersteller haben die Vorteile der Brennstoffzelle verstanden. In der öffentlichen Wahrnehmung ist dies leider noch nicht angekommen“, beklagt Tillmetz. Auch auf EU-Ebene gibt es mittlerweile relativ groß angelegte Förderprogramme.

In Deutschland gibt es ein nationales Regierungsprogramm zum Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur, das bis zum Jahr 2025 läuft. Dabei geht es um den Aufbau einer Tankstellenstruktur. Es sollen 400 Tankstellen entstehen.

Förderprogramme in Deutschland

Auch Dr.-Ing. Klaus Bonhoff, Geschäftsführer der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW), bestätigt den Vorsprung der Japaner bei der Brennstoffzellenmarkteinführung: „Der Vorsprung dürfte bei etwa drei bis vier Jahren liegen. Ich bin mir jedoch sicher, dass wir in den nächsten Jahren aufholen werden“, lautet seine optimistische Einschätzung.

Dazu verweist er auf umfangreichere Förderprogramme der Bundesregierung. So gibt es künftig ein KfW-Programm, in dem sich Häuslebauer Zuschüsse beim Kauf einer Brennstoffzelle sichern können. Die Mehrkosten für den Kauf der vergleichsweise recht teuren Brennstoffzelle sollen damit weitgehend ausgeglichen werden. Mit diesen Maßnahmen sollen die Stückzahlen bei der Herstellung von Brennstoffzellen wachsen und damit einhergehend die Produktionskosten sinken.

Ziel ist es, dass die Technologie in einigen Jahren auch ohne staatliche Subventionen wettbewerbsfähig wird. Bonhoff berichtet weiter, dass Brennstoffzellen bereits heute in Deutschland zu rund zwei Dritteln selbst gefertigt werden und nicht eins zu eins von den Japanern oder Koreanern zugekauft werden. Das sei aufgrund unterschiedlicher Erdgasqualitäten und Standardisierungsanforderungen auch gar nicht möglich.

Beispielsweise werden stationäre Brennstoffzellen in Japan außerhalb der Gebäude betrieben; in Deutschland stehen sie dagegen im Keller oder auf dem Dachboden, was zu unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen führe. Dennoch räumt auch er ein, dass wesentliche Kernkomponenten für Brennstoffzellen derzeit noch aus Japan importiert werden müssen. „In ein paar Jahren werden die Stückzahlen auch in Deutschland so hoch sein, dass die Hersteller die komplette Hardware in Deutschland produzieren können“, hofft der Experte.

Tankstellennetz wird ausgebaut

Laut Bonhoff ist Hauptreiber bei der künftigen Entwicklung aber die Fahrzeugindustrie. „Tatsächlich steht die reine Elektromobilität derzeit im Brennpunkt der Öffentlichkeit. Die Zukunft gehört aber ebenso brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen“, glaubt auch Bonhoff.

Entsprechend laute auch die Definition der Bundesregierung: Das Elektromobilitätsgesetz sieht neben rein elektrischen und Plug-In-Hybridfahrzeugen auch die Förderung von Brennstoffzellenfahrzeugen vor. Zwar gebe es derzeit deutlich mehr kommerzielle Fahrzeuge mit Batterieantrieben, aber alle großen OEM entwickeln seiner Beobachtung nach an Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.

Auch beim Aufbau einer Infrastruktur an geeigneten Tankstellen geht es seiner Beobachtung nach gut voran: Bis Ende 2016 waren 50 Tankstellen in der staatlichen Förderung, die Hälfte davon sei bereits fertiggestellt. Spätestens bis Ende 2019 sollen weitere 100 Wasserstofftankstellen dazukommen.

Zu den Skeptikern der Brennstoffzelle als Fahrzeugantrieb gehört dagegen Prof. Stefan Bratzel, Direktor des Center of Automotive Management (CAM): „Es gibt gute Gründe für die reine Elektromobilität. Die technischen und infrastrukturellen Probleme beim Brennstoffzellenantrieb sind größer.“

Dazu müsse immer der Gesamtwirkungsgrad betrachtet werden, weil der Wasserstoff zunächst per Elektrolyse erzeugt werden müsse. Das mache nur Sinn, wenn der Wasserstoff aus regenerativen Energieträgern gewonnen wird. Sein Fazit: „Für die nächsten Jahre rechne ich nicht mit einem Durchbruch der Brennstoffzelle als Fahrzeugantrieb. Was in zehn bis fünfzehn Jahren passiert, wird man sehen.“