von Nada Welker | Okt. 13, 2020 | Wasserstoff, Automotive, Future Economy, High Tech Trends, Know-how und Inspiration, New Mobility, Technologien für neue Märkte
Jules Verne schrieb im Buch “Die geheimnisvolle Insel” bereits 1874: „Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“
Alte Technologie holt auf
Die Herstellung von Wasserstoff (H2) durch Elektrolyse wurde bereits im Jahr 1800 entdeckt. Die Brennstoffzelle, die H2 in Strom umwandelt, wurde von Sir William Grove zusammen mit Christian Friedrich Schönbein bereits 1838 erfunden. Aufgrund der Erfindung des elektrischen Generators 1867, auch Dynamomaschine genannt, welcher wesentlich weniger komplex war als die auf H2 basierte Technik, geriet die Wasserstofftechnologie zunächst in Vergessenheit.
1990 bekam die Technologie dann doch wieder einen Schub in der Automobilindustrie, als das Californian Air Resources Board (kurz: CARB), dessen Hauptaufgabe bis heute die Luftreinhaltung ist, ein „Zero-Emission-Program“ einführte. Dieses schrieb den Autoherstellern vor, bis 1998 mindestens zwei Prozent aller Neuwagen so zu bauen, dass sie abgasfrei betrieben werden können; bis 2003 sollte die Quote auf zehn Prozent steigen. Auch die aktuellen Klimaziele befeuern den massiven Ausbau der Wasserstofftechnologie, die bei der Verbrennung nur Wasser hinterlässt und somit grundsätzlich klimaneutral ist. Die Forschung läuft auf Hochtouren. Neue Wasserstoffspeicher-Verfahren in Trägerflüssigkeiten wie LOHC (liquid organic hydrogen carriers) werden erforscht, aber auch weitere Herstellungsmethoden wie das Plasmalyseverfahren der Firma Grafoce oder die Methanpyrolyse, die das Karlsruher Institut für Technologie entwickelt hat, entstehen.
Auf die Farbe kommt es an
Fast jeder denkt bei Wasserstoff an die Knallgasreaktion im Chemieunterricht in der Schule, bei der H2 und Sauerstoff mittels Elektrolyse hergestellt, und mit einem Knall wieder zu Wasser werden. Ein sauberes Verfahren, so könnten man annehmen. Der größte Anteil des Wasserstoffs entsteht heute jedoch durch die Erdgas-Reformation, ein thermisches, nicht klimaneutrales Verfahren der Großchemie. Auch die Herstellung von H2 durch Elektrolyse ist nur dann sauber, wenn der Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt wurde.
Über die Art der Produktion von Wasserstoff geben Farben Aufschluss:
Wasserstoffverbrennung kalt und heiß
H2 ist das häufigste chemische Element im Universum und aufgrund seiner ausgezeichneten Speicherkapazität prädestiniert zum Einsatz als Energiespeicher. Es wird immer durch Wärmeenergie oder Strom gewonnen und kommt zur Anwendung in:
Die Brennstoffzelle wandelt H2 und Sauerstoff zu Wasser um. Dieser chemische Prozess wird „kalte Verbrennung“ genannt, da hierbei Energie freigesetzt wird.
H2 kann, als Alternative zu Erdgas oder Benzin, ebenso konventionell “heiß” verbrannt werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass H2 eine höhere Flammgeschwindigkeit als z.B. Erdgas hat, was eine veränderte Brenntechnologie erfordert, um die Flamme stabil und rückschlagfrei zu halten. Hinzu kommt, dass H2 heißer als Erdgas oder Benzin verbrennt. Die heißere Verbrennung führt dazu, dass der Stickstoff (N) in der Umgebungsluft mit dem Sauerstoff (O) reagiert und zu Stickoxid (NOx) wird.
Stickoxide sind für die sommerliche Ozonbildung verantwortlich und tragen zudem zur Feinstaubbelastung bei.
Das Multitalent
Die Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff als potentiell klimaneutraler Energiespeicher wachsen stetig und machen das Gas interessant für viele Anwendungsfälle.
Die Automobilindustrie bietet Brennstoffzellenautos an und entwickelt Lösungen, um H2 direkt im Verbrennungsmotor zu nutzen. Der Toyota Mirai und der Hyundai NEXO setzen beispielsweise vollständig auf Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie, während der Mercedes-Benz GLC F-CELL ein Hybridfahrzeug mit kombinierter Wasserstoff- und Batterietechnologie ist. Einen anderen Weg geht die Firma “KEYOU”. Sie bietet Wasserstoffverbrennungsmotoren für Nutzfahrzeuge an. Schnelle Betankungszeiten, die Gewichtsvorteile gegenüber Batterietechnologie und hohe Reichweiten sprechen hierbei für H2. Auch für Alternative Antriebe und E-Fuels wird H2 eingesetzt. Der Begriff Power-to-X (PtX) spielt hierbei eine wichtige Rolle.
- In der Raumfahrt ist Wasserstoff als Energieträger seit den US-Mondmissionen im Einsatz. Apollo-Raumschiffe hatten die ersten modernen Brennstoffzellen an Bord, um die Stromversorgung sicherzustellen.
- Auch in der Intralogistik kommen Brennstoffzellen, z.B. bei Gabelstaplern, zum Einsatz.
- Sowohl die Firma Linde, als auch die Firma Still bieten Gabelstapler mit Brennstoffzellen an, die schnelles Betanken ermöglichen und emissionsfrei funktionieren. Dadurch sind sie prädestiniert für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie und für den Einsatz im Mehrschichtbetrieb.
- In der Energiewirtschaft wird Wasserstoff als Zwischenspeicher für erneuerbare Energien aus Windenergie eingesetzt und entweder in das Gasnetz eingeleitet oder bei Bedarf verstromt. Beim Projekt “Die Öhringer Wasserstoff-Insel” soll überschüssiger Strom aus erneuerbarer Energie in Wasserstoff umgewandelt und in das Gasnetz eingespeist werden.
- Auch in Immobilien kommt die Wasserstoff-Technologie zum Einsatz. Viessmann bietet Brennstoffzellen-Heizgeräte an, die Wasserstoff aus Erdgas reformieren. Der entstandene Wasserstoff wird mit Hilfe einer Brennstoffzelle zur Produktion von Strom verwendet.
- Die bei dieser Reaktion freigesetzte Wärme kann zur Raumbeheizung oder Trinkwassererwärmung genutzt werden. Ein anderes Konzept der Firma Homepower Solutions verwendet Wasserstoff als Saisonspeicher für eigenproduzierte Sonnenenergie. Es kombiniert einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff aus Sonnenstrom, eine Brennstoffzelle zur Versorgung mit Strom in der Winterzeit, Batteriekapazität zur Kurzzeit-Speicherung sowie einen Warmwasserspeicher.
- Der erste wasserstoffbetriebene Zug der Firma Alstom hat die Zulassung für den Personenverkehr erhalten. Als Ersatz für Dieselloks kommt er auf einer niedersächsischen Nahverkehrsstrecke ohne Elektrifizierung zum Einsatz.
- Die militärische Schifffahrt setzt bei U-Booten Brennstoffzellen und Elektromotoren als lautlosen Antrieb ein. Die zivile Schifffahrt startet hingegen mit ersten Pilotprojekten rund um das Thema Wasserstoff. Unter der Leitung der Meyer Werft wird mit ihren Projektpartnern im Zuge des Demonstrationsvorhabens Pa-X-ell2 eine neue Generation von PEM (Brennstoffzellensystemen) für den Einsatz auf Hochsee-Passagierschiffen durch den Testbetrieb von Versuchsanlagen mit der Brennstoffzellentechnologie untersucht, die als Teil eines dezentralen Energienetzes und hybriden Energiesystems entwickelt werden. Dieser Versuchsreihe kommt ein bedeutender Faktor bei der Entwicklung von Brennstoffzellentechnologie, von Energiekonzepten für die Zukunft sowie der Justierung von zu erarbeitenden Regelwerken zu. Durch die Klimadiskussionen sind Kreuzfahrtreedereien in den Fokus geraten und reagierten: Nachdem Aida Cruises 2018 das erste mit Flüssigerdgas betriebene Kreuzfahrtschiff auf See geschickt hat, soll ab 2021 das selbst verordnete Klimaprogramm um Wasserstoff als Energiequelle ergänzt werden.
- Pünktlich zu den Olympischen Spielen in Tokio, die coronabedingt von 2020 auf 2021 verlegt wurden, sollen neben sportlichen Rekorden auch die Praxistauglichkeit der wasserstoff-basierten E-Mobilität belegt werden. Der japanische Autohersteller Toyota plant 100 wasserstoffbetriebene Busse, ebenso sollen Limousinen, die ihre Energie aus Brennstoffzellen beziehen, den Athleten, Gästen und Funktionären zur Verfügung stehen. Insgesamt sind 500 Brennstoffzellen Fahrzeuge geplant.
Teuer, aber speicherbar
Grüner Wasserstoff wird immer teurer als Strom sein, da zu seiner Herstellung Strom benötigt wird. Doch seine energiespeichernden Eigenschaften machen ihn gleichwohl attraktiv. Im Stromnetz muss der erzeugte Strom auch zur selben Zeit verbraucht werden, um Schäden oder einen Zusammenbruch durch Frequenzschwankungen zu vermeiden. Dies wird durch eine länderübergreifende Vernetzung und Regelung sichergestellt. Erneuerbare Energien entstehen in Abhängigkeit von Wind und Sonne – dadurch stehen sie nicht immer zur Verfügung und können nicht einheitlich geregelt werden. Genau an dieser Stelle kommt Wasserstoff als Speicher ins Spiel, da überschüssige Wind- und Sonnenenergie durch diesen gespeichert werden können. Windkrafträder, die trotz Wind still stehen, werden somit bald der Vergangenheit angehören.
Wenn man jedoch die reine Effizienz der langen Wasserstoffproduktions- und nutzungskette betrachtet, die aus Strom Wasserstoff herstellt, den Wasserstoff komprimiert, transportiert und wieder mit Hilfe einer Brennstoffzelle zu Strom umwandelt, kann man von einer Energievernichtungskaskade sprechen. Dies liegt darin begründet, dass nur 20 % der ursprünglichen Energie erhalten bleiben. Gleichzeitig bietet sich jedoch die Chance, zumindest 20% des Stroms zu nutzen, der vorher vielleicht ungenutzt blieb.
Fördermekka Wasserstoff
Die deutsche Bundesregierung ringt aktuell um die Frage, welche H2-Farbe als klimaneutral angesehen wird und überarbeitet die Nationale Wasserstoff Strategie, die Klima-, Energie-, Industrie- und Innovationspolitik verzahnen soll. Ziel ist es, Deutschland international zu einem Vorreiter beim Thema Wasserstoff zu machen und langfristig die Weltmarktführerschaft bei Wasserstofftechnologien zu erlangen und zu sichern.
Doch ganz gleich ob grüner, blauer oder türkiser Wasserstoff: Die Förderlandschaft ist für Projekte in diesem Umfeld stark ausgeprägt. Mehr als 300 Millionen Euro stehen dafür bis 2023 allein aus dem Klimafonds bereit. Hierbei werden Förderquoten von 40-50 % gewährt. Gefördert werden unter anderem Brennstoffzellenfahrzeuge im ÖPNV, Züge und Schiffe mit Brennstoffzellenantrieb, öffentlich zugängliche Wasserstofftankstellen im Straßenverkehr, Brennstoffzellensysteme zur autarken Energieversorgung kritischer oder netzferner Infrastrukturen sowie Flurförderzeug-Flotten mit Brennstoffzellenantrieb.
Wasserstoff wird viele Industrien verändern und vielfach zur Entstehung neuer Geschäftsmodelle beitragen. Sprechen Sie gerne mit uns, um herauszufinden, welche Geschäftsmodelle sich für Ihr Unternehmen im Zusammenhang mit Wasserstoff anbieten. Wir eruieren gerne gemeinsam mit Ihnen, ob sich die Investition Ihres Unternehmens in die Wasserstofftechnologie lohnt und erschließen gemeinsam die Potentiale, die sich Ihrem Unternehmen in diesem Bereich bieten.
von Nada Welker | Sep. 24, 2020 | Wasserstoff, Aktuelles von Magility, Automotive, Corona, New Mobility, Technologien für neue Märkte
Seit Beginn des Jahres 2020 haben Covid19, das derzeit berühmteste Virus der Welt und die Suche nach dem Impfstoff die Pole Position in den Nachrichten eingenommen. Gleichzeitig rücken Themen, die Wissenschaft und Politik schon jahrelang umtreiben, in den Medien und in den sozialen Netzwerken wieder verstärkt in den Fokus. So stellt das Thema saubere Mobilität die Wissenschaft und unseren Alltag seit Jahren vor eine ebenfalls große Herausforderung, denn Mobilität ist unweigerlich mit Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein und nicht zuletzt auch mit unserer Gesundheit und unserem Leben überhaupt verbunden. Werden die Klimaschutzziele nicht erreicht, wird das für unsere Umwelt und für unser Wohlergehen nachhaltig negative Auswirkungen haben. Viele Maßnahmen gilt es in diesem Zusammenhang zu einer Gesamtstrategie zu vereinen. Eine der Stellschrauben dabei sind alternative Antriebe, die wir von magility im aktuellen Artikel genauer unter die Lupe nehmen.
Alternative Antriebe
Es gilt, alternative Antriebe für Fahrzeuge zu finden, die den fossilen Treibstoffen aus Erdöl wie Benzin, Diesel oder Kerosin in nichts nachstehen und die dabei im besten Fall auch noch klimaneutral sind. Denn heute schon bewegen sich weltweit alleine schon rund 1,3 Milliarden Kraftfahrzeuge auf dem Globus.
Wasserstoff und E-Fuels liegen vorne
Folgt man den Prognosen des ADAC, machen Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe – sogenannte E-Fuels – langfristig das Rennen, denn sie scheinen über ausreichend Kapazität zur Speicherung von Energie zu verfügen. Außerdem erzeugen sie Synergieeffekte im Rahmen der Sektorkopplung, also der Vernetzung von Strom, Wärme und Verkehr. Und sie können mit einer hohen Klopffestigkeit ausgelegt werden. Dadurch lassen sich Motoren höher verdichten und deren Effizienz lässt sich steigern. Das scheinbare Dream-Team bilden regenerativ erzeugter Strom und CO2 aus der Luft. Ihre Verbindung würde einen nahezu CO2-neutralen Kraftstoff entstehen lassen, der einen Großteil unserer Sorgen um eine lebenswerte Umwelt in Wasser beziehungsweise Luft auflösen würde. Allerdings würde dies mit einer langen Produktionskette und sehr hohem Energieverlust erkauft werden.
Zu wenig Nachhaltigkeit bei Elektro-Autos
E-Fuels stehen auch ganz oben auf der Prioritätenliste des Sportwagenherstellers Porsche. Denn für Entwicklungsvorstand Michael Steiner wird auch künftig der Verbrennungsmotor den Ton auf den Straßen weltweit angeben. Obwohl Porsche mit dem Modell Taycan bereits ein voll elektrisch betriebenes Fahrzeug auf den Markt gebracht hat und zusätzlich auch eine Hybrid-Version anbietet, räumt Steiner dieser Technik langfristig kaum Chancen ein. Elektromobilität verfolge das Ziel der Nachhaltigkeit zu langsam. Immerhin will Porsche dennoch bis 2025 die Hälfte seiner verkauften Fahrzeuge elektrisch betrieben auf die Straßen schicken, wo sie dann auch eine ganze Weile bleiben werden, da sie von ihren Besitzern sehr lange gefahren werden. Gleichzeitig aber will die VW-Tochter auch die Spezifikation des Alternativen Antriebs E-Fuels vorantreiben, um im Hochleistungssektor der Fahrzeugmotoren mitreden zu können. Und vor allem sollen technische Probleme wie einst bei der Einführung von E10 nicht wieder vorkommen.
Wasserstoff (H2) als nie versiegende Quelle
Synthetische Kraftstoffe, welche auch zu alternativen Antriebsstoffen zählen, werden mittlerweile wasserstoffbasiert hergestellt, denn Wasserstoff ist in der Natur fast unendlich vorhanden und kann klimaneutral produziert werden. Anders als bei den Versuchen mit nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Raps, Mais oder auch Weizen und Palmöl. Was sich wie eine Zutatenliste für die vegane Küche liest, hatte in Bezug auf die Beimischung zu Kraftstoffen eklatante Nachteile: Es entstanden Monokulturen, und in Südamerika mussten Urwälder den Palmölplantagen weichen. Bei der Generation 2 von Biogas/CNG kommt die “Teller-Tank-Diskussion” zwar nicht mehr zum Tragen, da Pflanzenreste wie beispielsweise Stroh zum Einsatz kommen. Die Wasserstoffvariante hat nichtsdestoweniger großes Potential.
Der im Power-to-X (PtX)-Verfahren produzierte Wasserstoff wird mit Hilfe von CO2 erst einmal zu Methan umgewandelt, was diesem Schritt den Begriff Power-to-Gas (PtG) einbrachte. Schließlich kann das Ganze noch in einem dritten Verfahrensschritt verflüssigt werden. Meist über die Fischer-Tropsch-Synthese wird dabei das Methan in einen längerkettigen Kohlenwasserstoff umgewandelt und führt zum Begriff: Power-to-Liquid (PtL).
Kosten bleiben gleich
Für Hersteller wie Verbraucher gibt es einen noch störenden Pferdefuß: Der Strom für PtX zählt trotz seiner Klimatauglichkeit derzeit noch zum herkömmlichen Stromverbrauch. Das bedeutet, dass er mit 16 Cent oder anders ausgedrückt, mit 55% des Strompreises bezahlt werden muss.
Wasserstofftankstellen sind noch Mangelware
Bei Porsche hält man überdies den Ausbau eines Tankstellennetzes für Elektroautos für aufwändig und zeitraubend. Sehr weit kommt man allerdings mit Brennstoffzellen-Autos derzeit auch noch nicht, denn Wasserstofftankstellen sind noch Mangelware. Laut ADAC gibt es europaweit gerade mal 134 davon. Immerhin findet sich der Löwenanteil mit 84 Stationen in Deutschland. Bis Ende 2021 sollen weitere 46 dazu kommen. Überschreitet man die Landesgrenzen Richtung Frankreich oder Österreich, sollte man vorsichtshalber ein Fahrrad oder gute Wanderschuhe mitnehmen, denn beide Länder bieten zur Zeit jeweils lediglich fünf Wasserstofftankstellen an. Noch schwieriger wird es in Belgien mit ganzen zwei Tankstellen. Die Schweiz verfügt über drei und die Niederlande verfügen auch nur über vier Zapfstationen, an denen Wasserstoff erhältlich ist.
Diese Alternativen Antriebe gibt es zur Zeit
Brennstoffzellen-Autos
Eine Brennstoffzelle, die gespeist wird aus einem Wasserstofftank, erzeugt den Strom für den Antrieb während der Fahrt durch die Umkehrung der Elektrolyse. Eine kleine Batterie dient als Zwischenspeicher und deckt den Bedarf bei Lastspitzen wie zum Beispiel beim Beschleunigen ab.
Hyundai hat sein Modell Nexo serienmäßig auf dem Markt, Toyota stellt das Modell Mirai serienmäßig her. Mercedes bietet den GLC F-Cell an.
Die Sicherheit wird durch die Verordnung (EG) Nr. 79/2008 gewährleistet. Der ungiftige, unsichtbare und flüchtige Wasserstoff unterliegt außerdem den europäischen Sicherheitsnormen für Crashtests.
Elektroantrieb
Der Strom kommt aus der Steckdose und beschert mit Hilfe einer großen Batterie im Fahrzeug derzeit eine Reichweite von rund 300 Kilometern. Die Fahrzeuge gelten als sehr sicher, außer wenn sich zum Beispiel durch einen Unfall, die technischen Schutzelemente verformen und im schlimmsten Fall zu brennen beginnen. Elektroantriebe finden ihren Einsatz derzeit hauptsächlich in Industriefahrzeugen, Stadtfahrzeugen, Sportwagen.
E-Fuels
Synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, werden mit Hilfe regenerativer Energie aus CO2 und Wasserstoff hergestellt. Sie sind noch im Stadium intensiver Erforschung. Die große Hoffnung bei diesen alternativen Antrieben liegt auf der Klimaneutralität und der Chance, die Verbrennermotoren weiter zu nutzen. Jedoch ist die Produktionskette von Wind/Sonne zu Strom, von Strom zu Wasserstoff und von Wasserstoff mittels CO2 zu E- Fuels sehr lang und verlustbehaftet.
Hybrid
Ein Hybrid verbindet verschiedene Antriebsprinzipien oder Energiequellen, zum Beispiel einen Elektroantrieb mit Benzin oder Diesel. Dabei nutzt er jeweils die Vorteile von Diesel, Benzin oder Brennstoffzelle und Elektrizität. Der Vorteil dieser Technik ist ein potenziell geringerer Verbrauch und damit verbunden ein geringerer Emissionsausstoß. Nachteilig ist der hohe Recyclingaufwand für die Akkupacks, eine aufwendige Regelungstechnik, das hohe Gewicht sowie der doppelt benötigte Energiespeicher.
Autogas
Ein unter Druck verflüssigtes Gemisch aus Propan und Butan sorgt unter dem Begriff Liquified Petroleum Gas (LPG) für den Antrieb und für Freude beim Verbraucher: Er bezahlt nur rund die Hälfte der Kosten für herkömmliche Kraftstoffe. Um den Schutz vor Lecks im Tank zu gewährleisten, werden dem an sich geruchlosen Gas Duftstoffe beigemischt, so dass eventuell austretendes Gas bemerkt werden kann. Gasbetriebene Fahrzeuge gelten als sicher.
Erdgas
Erdgas zählt zu den brennbaren organischen Stoffen. Es setzt sich aus 85% Methan und bis zu 10% Stickstoff und Kohlendioxid zusammen. Für PKW findet man überwiegend das komprimierte Erdgas mit der Abkürzung CNG für Compressed Natural Gas. Der Kraftstoff und die Fahrzeuge gelten als sicher.
Alternative Antriebe – magility Ausblick
Welche alternativen Antriebe bzw. alternativen Kraftstoffe sich langfristig auf dem Markt etablieren, bleibt abzuwarten. Nach Einschätzung unserer magility-Experten wird es in Zukunft nicht “die eine” richtige Antriebstechnik geben. Die Bedarfe, das Nutzungsverhalten und der Ausbau der Infrastruktur werden maßgeblich mitbestimmen, welche Antriebstechniken sich zu welchem Zweck und an welchem Ort durchsetzen. Für die Mobilität der Zukunft scheint uns ein Mix unterschiedlicher Antriebe und Kraftstoffe am wahrscheinlichsten. Denkbar wäre z.B ein Elektromotor mit verschiedenen Energieträgern bzw. -speichern wie Wasserstoff/Brennstoffzelle und Batterie. Auch die alternativen Antriebe müssen gründlich geprüft werden. So stehen z.B. bei dem unabhängigem Entwicklungsdienstleister und Prüffeldbetreiber KST Motorenversuch GmbH für die Automobilhersteller dynamische E-Antriebsprüfstände bereit.
Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie weitere Fragen zu Antriebstechniken, neuen Kraftstoffen oder der Mobilität der Zukunft generell haben. Gerne nehmen wir Sie auch in unser Wasserstoff-Netzwerk auf. Schreiben Sie hierzu eine E-Mail an unsere CMO nada.welker@magility.com.
von magility | Juni 3, 2019 | Technologien für neue Märkte, Automotive
Seit Jahrzehnten wird die Brennstoffzelle immer wieder von den Medien und der Industrie als die umweltfreundliche automobile Antriebstechnik der Zukunft schlechthin gefeiert. Seit der Jahrtausendwende zeigen Automobilhersteller oder Zulieferer regelmäßig auf den großen Automessen der Welt, was mit der Wasserstoff (H2) betriebenen Brennstoffzelle in Zukunft möglich wäre. Audi, Daimler, Chrysler, Fiat, GM, Hyundai, Honda, Peugeot, Toyota, VW, alle haben sich bereits an dieser Technologie versucht. Doch neben dem aktuellen Trend hin zu batteriebetriebenen E-Fahrzeugen führt die Brennstoffzelle derzeit eher noch ein Schattendasein.
Wie ist die Brennstoffzelle am PKW-Markt vertreten?
Selten wurden aus den auf den großen Messen vorgestellten Modellen Serienprodukte für den Verkauf weiterentwickelt. Einige Hersteller bieten zwar mit Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge an, meist jedoch noch nicht für den Massenmarkt. Aktuell hat beispielsweise Mercedes-Benz das Modell GLC F-Cell im Portfolio. Dieses Fahrzeug steht jedoch nur in Kombination mit einem Leasing und in geringen Stückzahlen für besondere Kunden zur Verfügung. Toyota hat mit dem Mirai sowie Hyundai mit dem Nexo Brennstoffzellenfahrzeuge auf dem neuesten Stand der Technik im Angebot, allerdings befinden sich diese im Preissegment der Oberklasse und sind daher auch nur einem ausgewählten Kundensegment vorbehalten. Noch nie wurden in Deutschland mehr als 120 Brennstoffzellenfahrzeuge pro Jahr zugelassen, bei diesen Zulassungszahlen ist demnach noch viel Luft nach oben. Das Tankstellennetz für Wasserstoff wächst dabei kontinuierlich. Knapp über Hundert Tankstellen werden hierzulande bereits betrieben und über 50 weitere befinden sich aktuell in der Realisierungsphase.
Wie funktioniert die Brennstoffzelle?
Brennstoffzellenfahrzeuge sind sogenannte Wasserstoff-Elektroautos. Mit Hilfe von Wasserstoff wird in einer Brennstoffzelle Energie für den Betrieb eines Elektromotors erzeugt. Übrig bleibt als lokale Emission lediglich Wasserdampf. Wasserstoff kann durch ein Elektrolyseverfahren aus Wasser gewonnen werden. Somit steht der benötigte Rohstoff in nahezu unbegrenztem Umfang zur Verfügung. Für die Wasserstoffgewinnung wird jedoch viel Energie benötigt, daher ist ein Brennstoffzellenfahrzeug nur dann als nachhaltig einzuordnen, wenn der getankte Wasserstoff unter Einsatz von regenerativ gewonnenem Strom erzeugt wurde. Um ähnliche Reichweiten wie ein Verbrennungsmotor zu erzielen, wird ein Wasserstofftank in der Regel mit etwa 700 Bar Druck befüllt. Die Technologie gilt als sicher, dennoch machen einige Parkhausbetreiber vorsichtshalber von ihrem Hausrecht Gebrauch und verbieten die Einfahrt von Brennstoffzellenfahrzeugen in ihre Häuser.
Eine Technologie mit viel Potenzial
Auf dem PKW-Markt hat sich die Wasserstoff-Brennstoffzelle noch nicht im gewünschten Ausmaß durchgesetzt. Immer kürzer werdende Ladezeiten und steigende Reichweiten der batteriebetriebenen Elektroautos reduzieren aktuell die Vorteile der Brennstoffzelle. Doch auch außerhalb des PKW-Marktes gibt es noch weitere Anwendungsmöglichkeiten dieser ‘Technologie in Reserve’. Durch das hohe Gewicht sowie die Größe wird der Einsatz von Elektro-Batterien im Schwerlastverkehr noch als suboptimale Lösung betrachtet, da zu viel der wertvollen Nutzlast und -fläche verbraucht wird. Hier liegt großes Potential für den Einsatz der Wasserstofftechnologie.
Politik und Unternehmen glauben an die Brennstoffzelle
Die Regierungen fünf norddeutscher Bundesländer haben jüngst eine Wasserstoffstrategie vorgestellt. Sie fordern von der Bundesregierung sowie der EU die rechtlichen und steuerlichen Rahmenbedingungen, die für den Ausbau einer Wasserstoffinfrastruktur nötig sind. In Hamburg fahren auf öffentlichen Straßen bereits mit Brennstoffzellen betriebene Busse. Zwischen Cuxhaven und Buxtehude fährt ein entsprechender Zug.
In der Schweiz besteht ein ähnliches Bündnis. Gemeinsam mit der Politik wollen die Supermarktketten Migros, Coop und weitere Unternehmen 1.000 wasserstoffbetriebene LKW bis zum Jahr 2023 auf die Straßen bringen. Die LKW werden von Hyundai entwickelt und in einem Pay-per-use-Modell zur Verfügung gestellt. Die örtlichen Tankstellenbetreiber haben zugesichert, parallel ein Tankstellen-Netz für Wasserstoff aufzubauen. Auch Toyota stellte vor kurzem einen, in Kooperation mit dem US-Unternehmen Kenworth entwickelten, Brennstoffzellen-LKW vor. Als Mobilitätspartner der Olympischen Spiele 2020 in Tokyo plant Toyota die Bereitstellung von 100 Bussen und 6.000 Mirai-Limousinen. Die Brennstoffzellenfahrzeuge sollen der Technologie global zu höherem Ansehen in der Öffentlichkeit verhelfen.
[infobox headline=“Das Wichtigste in Kürze“]
- Neben dem aktuellen Trend der batteriebetriebenen E-Fahrzeuge führt die Brennstoffzelle derzeit eher noch ein Schattendasein.
- Ein Brennstoffzellenfahrzeug ist nur dann als nachhaltig einzuordnen, wenn der getankte Wasserstoff unter Einsatz von regenerativ gewonnenem Strom erzeugt wurde.
- Bislang konnte sich die Wasserstoff-Brennstoffzelle auf dem PKW-Markt noch nicht im gewünschten Ausmaß durchsetzen.
- Sowohl Audi als auch Bosch glauben an den langfristigen Erfolg der Wasserstoff-Brennstoffzelle.
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Weitere namhafte Branchenführer verstärken ihr Engagement
Audi hat angekündigt, sein h-tron genanntes Wasserstoffprogramm massiv auszubauen. Davon soll markenübergreifend der gesamte VW-Konzern profitieren. Auch Bosch startet in Kooperation mit dem schwedischen Unternehmen Powercell eine große Offensive. Beide glauben an einen langfristigen Erfolg der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Durch zukünftige Skaleneffekte und Effizienzsteigerungen erwartet Bosch eine Durchsetzung der Technologie in bestimmten Anwendungsbereichen wie dem Schwerlast- und Busverkehr, dem Güter- und Personentransport auf Straße und Schiene und in der öffentlichen Energieversorgung, die ein Investment legitimieren soll. Selbst das sogenannte Batterieland Korea setzt auf Brennstoffzellenfahrzeuge. Dies sollte laut Volker Blandow, dem Global Head of e-mobility vom TÜV Süd, deutschen Autobauern mehr als die Augen öffnen. Er plädiert wie Bosch für die Brennstoffzelle und spricht von einem ‘Tesla-Schock’, dem die deutschen Autohersteller hinterherrennen und dabei den Blick auf alternative Erfolgschancen zu verlieren scheinen.
Auch China verstärkt die Relevanz der Brennstoffzelle
Die chinesische Führung hat in ihrem aktuellen sogenannten Fünfjahresplan vorgegeben, in die Brennstoffzellentechnologie zu investieren. Bis 2030 sollen zudem im ganzen Land 3.000 Wasserstofftankstellen eingerichtet werden. Tausende Busse fahren dort bereits mit Wasserstoff. Sollte sich in China die Wasserstoff-Brennstoffzelle auch nur zum Teil etablieren, würden sich durch die Größe des Marktes, sowie den zu erwartenden Vielzahl erfolgreichen Anwendungsbeispiele auch für europäische Unternehmen gute Geschäftschancen ergeben. Die mittelfristige Zukunft wird also zeigen, was aus der durchaus als sinnvoll zu betrachtenden Technologie noch werden wird. Die Potenziale sind da und wichtige Player im Markt aktiv. Es bleibt abzuwarten, ob die Brennstoffzelle aus ihrem Schattendasein befreit und ins rechte Licht gerückt wird. Wir von magility beobachten gespannt die weitere Entwicklung und berichten über die neuesten Trends. Kommen Sie gerne auf uns zu wenn Sie an Marktstudien, High-Tech Themen und innovativen neuen Geschäftsmodellen interessiert sind. Unsere Experten sind gerne für Sie da.
