Die neuen europäischen CO2-Richtlinien könnten die Brennstoffzellentechnologie nach Jahrzehnten aus der Kuriositätenecke der Ingenieurskunst holen und doch noch zum Durchbruch verhelfen. Die Brennstoffzelle (Fuel Cell) führt schon seit Jahrzehnten ein Schattendasein: Die Aggregate sind teuer, weil sie in kleinen Stückzahlen hergestellt werden. So war und ist es für Autokonzerne billiger, Verbrenner zu produzieren.
Dabei hat die Brennstoffzellen-Technologie viele Vorteile. Sie ist im Idealfall bis auf etwas Wasser lokal emissionsfrei. In einer Brennstoffzelle entsteht bei der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie. Der Strom treibt einen Elektromotor an. Überschüssige Energie wird gespeichert.
Wasserstoff-Autos benötigen zwar auch eine Batterie für den Systemstart, um Spitzenlasten abzufedern und Bremsenergie zu speichern. Doch diese fällt deutlich kleiner aus als in komplett batteriegetriebenen Fahrzeugen. Fuel-Cell-Autos fahren nicht ständig eine mehrere Hundert Kilo (bei Lkw mehrere Tonnen) schwere Batterie mit sich herum, deren industrielles Recycling bislang ungelöst ist und die Stoffe mit einer problematischen Herkunft enthält – wenn etwa das Kobalt und Lithium von Kindern im Kongo geschürft wird.
Gegner der Brennstoffzellentechnologie bemängeln gerne deren Effizienz. Bei einem Wirkungsgrad der Zelle von 60 Prozent fällt in großen Mengen Abwärme an, die in die Umwelt entweicht und in der kalten Jahreszeit bestenfalls den Innenraum des Fahrzeugs heizt. Ein Irrtum: Ein Verbrennungsmotor weist einen niedrigeren Wirkungsgrad auf.
Ein weiteres Problem ist die Tankinfrastruktur. Das Unternehmen H2 Mobility, an dem Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und Total beteiligt sind, betreibt bundesweit 50 Tankstellen und erreicht damit fast ein Monopol. Der Tankstellenbau wird staatlich gefördert und verfolgt ambitionierte Pläne: Bis Ende 2019 soll die Tankstellen-Zahl verdoppelt werden. Bis 2023 sind 400 geplant.
Anders als bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen ist der Tankvorgang bei Wasserstoffautos so schnell und einfach, wie Autofahrer das vom Benzin- und Diesel-Tanken gewohnt sind. Einige Kilo Wasserstoff werden mit einem Druck von 700 Bar in den Fahrzeugtank gepresst (beim F-Cell 4,4 kg). Das Tanken ist nach drei bis fünf Minuten abgeschlossen. Eine Elektronik wacht darüber, dass kein Treibstoff entweicht. Zwangspausen an Ladestationen dürfte es für Wasserstoff-Fahrer nicht geben, zumal direkt an der Zapfsäule mit Karte bezahlt wird (9,50 €/Kilogramm).
Aber: Das Verflüssigen des Wasserstoffs ist energieaufwändig und bedarf fast eines Drittels seines Energiegehalts, das Verdichten auf 700 Bar an der Tankstelle erfordert noch mal bis zu 15 Prozent, wie es in einem Fachbeitrag heißt. Hinzu kommen Verluste bei der längeren Lagerung.
Bleibt die Frage nach der Herkunft des Treibstoffs: Er fällt in der petrochemischen Industrie als Nebenprodukt an, das wegen einer fehlenden Verwendung in der Vergangenheit häufig abgefackelt wurde. Ferner lässt er sich durch Reformation aus Erd- oder Biogas herstellen. Er ist also nicht CO2-neutral.
„Grüner“ Wasserstoff hingegen wird durch Elektrolyse aus Windkraft oder Photovoltaik gewonnen. Das ist die umweltfreundlichste Produktionsmethode, die zudem die Speicherung des Ökostroms am Produktionsort ermöglicht. Diese Methode löst zudem das Grundproblem der erneuerbaren Energien, die oftmals zur falschen Zeit am falschen Ort bereit stehen.
Allerdings geschieht auch das nicht verlustfrei. Denn die Elektrolyse erreicht höchstens einen Wirkungsgrad von 70 Prozent. Hinzu kommt der Energiebedarf für die Kompression und Verflüssigung des gewonnenen Wasserstoffs, um ihn zur Tankstelle transportieren zu können.
Hohe Wasserstoff-Aktivität im Ausland
Im Ausland herrscht größeres Interesse an der Zukunftstechnologie als in Deutschland. So rüstet der kanadische Brennstoffzellenhersteller Ballard 40 Wasserstoffbusse der belgischen Marke Van Hool aus, die in Köln und Wuppertal im Linienverkehr fahren sollen. Und der Elektro-Lkw-Pionier Nikola aus den USA will 2022 den Brennstoffzellentruck Nikola TRE mit bis zu 1200 Kilometern Reichweite in Europa und den USA auf den Markt bringen. Die Brennstoffzellen baut voraussichtlich Power Cell aus Schweden. Dieses Unternehmen stattet auch Scania-Lkw mit Brennstoffzellen aus, will zusammen mit Siemens Brennstoffzellenschiffe bauen und auch Brennstoffzellen an Bosch liefern, damit Deutschlands Zulieferer Nummer eins damit neuartige Antriebsstränge für die Automobilindustrie fertigen kann.
Auch internationale Autohersteller rüsten sich für die neue Technologie. So will der koreanische Konzern Hyundai bis 2030 umgerechnet sechs Milliarden Euro in die Wasserstoff-Forschung stecken, Produktionskapazitäten für jährlich 500.000 Fahrzeuge aufbauen und 51.000 Arbeitsplätze im eigenen Land schaffen.
Der Markt ist also in Bewegung. Die Unternehmensberatung Roland Berger mahnte im November 2018 in einer Studie vorsorglich die Industrie, ihre Produktionskapazitäten für Brennstoffzellen auszubauen. Die Nachfrage nach Fahrzeugen – insbesondere durch Städte und Gemeinden – übersteige bei weitem das Angebot. 90 europäische Städte wollen demnach in den kommenden fünf Jahren rund 1,8 Milliarden Euro in diese Zukunftstechnologie investieren.
Auch wenn Wasserstoff als automobiler Energieträger heute noch ein Nischendasein fristet, könnte die Technologie langfristig billiger sein als batterieelektrische Antriebe. Das Forschungszentrum Jülich geht in einer Studie davon aus, dass die Infrastrukturkosten für Brennstoffzellenantrieb bereits bei einigen Millionen Fahrzeugen niedriger sein werden als als die Kosten eines Ladestationennetzes für Batteriefahrzeuge.
Bis es dazu kommt, bedarf die Wasserstofftechnologie noch vieler Verbesserungen. Der Betrieb sowie die Produktions- und Logistikkette des Energieträgers ist bislang zu verlustreich. Doch die Fortschritte sind immens: So hat Daimler den Platin-Anteil in Brennstoffzellen um 90 Prozent gesenkt und Linde die Speichertechnologien für Wasserstoff deutlich optimiert. In einigen Jahren könnte die Technologie deshalb die Zukunft der Elektromobilität sein.
Jürgen Stüber vertritt an dieser Stelle Don Dahlmann, der normalerweise die Montagskolumne Drehmoment schreibt.