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Das neue Brennen für die Brennstoffzelle

Nach diversen Anläufen steht die Brennstoffzelle in Deutschland wieder hoch im Kurs. Andere Länder sind schon gestartet. (von Gregor Soller)

Nach diversen Anläufen steht die Brennstoffzelle in Deutschland wieder hoch im Kurs. Andere Länder sind schon gestartet. Bild: Renault
Nach diversen Anläufen steht die Brennstoffzelle in Deutschland wieder hoch im Kurs. Andere Länder sind schon gestartet. Bild: Renault
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Gregor Soller

Die Entwicklung der Brennstoffzelle und des Energieträgers Wasserstoff hat eine lange und wechselvolle Geschichte hinter sich. „Das ist Unsinn“, lautete etwa das Urteil von VW-Chef Herbert Diess, als er von Journalisten auf den BMW i Hydrogen Next angesprochen wurde. BMW stellte das X5- Konzept in eine Ecke seines IAA-Standes. 2022 könnte trotzdem eine Kleinserie auf die Straßen kommen. Auch Daimler bekannte sich erst Anfang 2019 klar zur Batterieelektrik.

Doch in der Politik hat Wasserstoff jetzt wieder große Chancen, „zum Energieträger der Zukunft“ zu werden. Denn die Brennstoffzelle erzeugt aus H2 zusammen mit Sauerstoff eben Strom oder er kann als Vorprodukt für E-Fuels dienen. Spannend wird das Thema in schweren (Nutz-)Fahrzeugen, Zügen oder Schiffen, auch ganze Hotels kann man per Brennstoffzelle mit Energie versorgen.

Die Bundesregierung ist endlich aufgewacht

Auf einer Podiumsdiskussion mit Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer, Bundesentwicklungsminister Gerd Müller und dem Parlamentarischen Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung, Michael Meister, legte der Bundesminister für Wirtschaft und Energie, Peter Altmaier, ordentlich nach: „Gasförmige Energieträger, vor allem Wasserstoff, werden ein Schlüsselrohstoff einer langfristig erfolgreichen Energiewende sein. Gleichzeitig bietet die Herstellung von CO2-freiem und CO2-neutralem Wasserstoff große industriepolitische Chancen. Diese müssen wir nutzen und bereits heute die Weichen dafür stellen, dass Deutschland bei Wasserstofftechnologien die Nummer Eins in der Welt wird.“

Damit hat Altmaier die Chancen erkannt, die Ziele aber vielleicht zu hoch gesteckt. Denn in Sachen Wasserstoff müht sich die staatlich geförderte Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie, kurz NOW, zwar seit Jahren redlich, doch Asien ist hier viel weiter. Eine der größten Gewinnungsanlagen der EU steht in Mainz und wird von den dortigen Stadtwerken zusammen mit Linde betrieben – wurde aber als Versuchsanlage geplant. Sie baut im Vergleich zu großen Raffinerien extrem kompakt. Zur „Nummer Eins“ weltweit ist es da noch ein ganz weiter Weg, auch wenn die Anlage im Rahmen ihrer Möglichkeit zur Zufriedenheit aller läuft.

Brennstoffzellen-Personenwagen fertigen Honda, Hyundai und Toyota, während Mercedes-Benz GLC F-Cell nur zu mieten ist und auch das nur für ausgewählte Kunden. Audi und BMW zapfen hinter den Kulissen das Know-how von Hyundai respektive Toyota an. Auf Nachfrage lassen Insider wissen: Man habe das Thema weiter auf dem Schirm. Bei Daimler sieht man nutzlastsensible Fahrzeuge im 3,5-Tonnen-Segment nicht mit Akkus, aber mit Brennstoffzelle. Eine Klasse höher, im Segment bis 7,5 Tonnen, hat man in Japan zudem eine Fuel-Cell-Version des Fuso Canter gezeigt.

Renault macht hier schnell Nägeln mit Köpfen: Schon 2020 kommen Kangoo Z.E. und der Master Z.E. mit Brennstoffzelle als Range Extender (siehe auch S. 56). Renault sieht das als strategische Entscheidung. Auch hier schiebt der Staat an: einzelne Departements in Frankreich mit bis zu 16.000 Euro.

Noch sind enorme Fördersummen nötig

In Korea und Japan beschlossen die Regierungen schon vor Jahren, die Wasserstoffgesellschaft zu fördern: Je nach Wohnort können japanische Kunden beim Kauf eines Toyota Mirai bis zu 27.800 Euro staatliche Förderung erhalten, was den Mirai erschwinglich macht. In Südkorea werden Wasserstoffautos ebenso massiv gefördert.

Auch Deutschland fördert die Technik mit 21.000 Euro, aber nur, wenn man mindestens drei Autos zulässt. So soll über Flotten eine schnellere Marktdurchdringung erreicht werden. Toyotas Kreditbank nutzt das. Die Leasing-Mirai werden nämlich vom Leasinggeber, also Toyota, gekauft und dann an den Kunden „vermietet“. Damit ist die Kreditbank der Käufer, die mit über 130 verleasten Mirai mehr als drei Autos gekauft hat und die Förderung erhält, die man an den Kunden weitergibt. Ähnlich dürften auch Daimler und Hyundai agieren, um die Preise ihrer Brennstoffzellenmodelle in den Griff zu bekommen. Ab 2021 plant auch Kia ein Brennstoffzellen-SUV als Bruder des Nexo. Aktuell sind Kia die Stückzahlen noch nicht hoch genug. Das will Toyota mit dem nächsten Mirai ändern: Der soll in 30.000 statt 3.000 Einheiten jährlich gefertigt werden und wurde optisch stärker Richtung dezente obere Mittelklasse getrimmt. Der Mirai 2, der 2020 in Japan, Nordamerika und Europa startet, soll mehr Reichweite und Fahrspaß bieten. Mit optimiertem Brennstoffzellensystem und größeren Wasserstofftanks strebt Toyota bis zu 30 Prozent mehr Reichweite an. Auch das Ansprechverhalten des Brennstoffzellensystems soll gleichmäßiger und direkter werden. Der neue Toyota-Mirai-Chefingenieur Yoshikazu Tanaka formuliert sein Ziel so: „Die Kunden sollen sagen können, dass sie sich für den Mirai entschieden haben, weil sie genau dieses Auto wollten und nicht nur, weil es ein Brennstoffzellenfahrzeug ist.“ Dabei nutzt auch der Neue die für mehrere Antriebsarten aufgelegte „Toyota New Global Architecture“, kurz TNGA. Die bietet mehr Karosseriesteifigkeit und senkt den Schwerpunkt, was mit dem Heckantrieb ein agileres Handling bieten soll.

Aber auch bei Staplern, Lkw und Bussen entwickelt Toyota die Brennstoffzellentechnik weiter. Der Stadtbus Sora, dessen Modellname sich von den Elementen eines Wasserkreislaufs (Sky, Ocean, River und Air) ableitet, nutzt das System des Mirai. Der Sora soll neben dem Linienverkehr im Rahmen der Olympischen und Paralympischen Spiele 2020 in Tokio großflächig zum Einsatz kommen. Der portugiesische Bushersteller Caetano bringt Toyotas Brennstoffzellentechnik in die EU. Die Portugiesen nutzen hier die Toyota-Technik.

Außerdem hat Toyota Energy Solutions einen stationären Generator entwickelt, der die Komponenten des Brennstoffzellensystems aus dem Mirai nutzt. Dazu zählen unter anderem der Brennstoffzellen-Stack, die Steuereinheit und die Batterie. Die vielfältige Nutzung soll die Produktionszahlen der Hochleistungsgeneratoren erhöhen und die Kosten reduzieren. Im Rahmen der Erprobung produziert der Generator Energie für das Werk Honsha in Toyota City. Er läuft rund um die Uhr und erzeugt 100 kW Nennleistung. Auf Basis der Ergebnisse will man die Brennstoffzellengeneratoren in weiteren Werken einsetzen. Der nötige Wasserstoff wird während der Produktion von Brennstoffzellensystemkomponenten sowie während Bewertungs- und Testverfahren freigesetzt.

Hyundai hat große Pläne – im wahrsten Sinne des Wortes

Auch Hyundai bekennt sich klar zum Wasserstoff und hat Großes vor, im wahrsten Sinne des Wortes: Man kommt mit Brennstoffzellen-Lkw nach Europa. Mit mehreren Partnern soll die Schweiz die Speerspitze der H2-Technologie werden. Ab 2020 gehen 50 Trucks an Logistiker im All-in-Leasing. Hyundai will ein „Wasserstoffökosystem“ schaffen.

Wir waren in Niedergösgen im Kanton Solothurn beim Startschuss des Fuel-Cell-Truck-Projektes dabei. Bis 2025 sollen 1.600 Xcient Fuel Cell samt Infrastruktur und Service im Leasing-Modell zur Verfügung gestellt werden. Damit steigt Hyundai in den europäischen Markt für schwere Lkw ein. „Das ist ein historischer Meilenstein für Hyundai und eine Gelegenheit, die man nur einmal im Leben bekommt. Wir werden den Truck unseren Schweizer Kunden in einem speziell zugeschnittenen Ökosystem anbieten“, erklärte Edward Lee, Executive Vice President Commercial Vehicles bei Hyundai. Laut Lee soll so zugleich der Abschied des Verbrenners bei den Lkw eingeläutet werden. Die Leasinggesellschaft ist ein Gemeinschaftsunternehmen von Hyundai und H2 Energy. Ende 2019 soll der erste Elektrolyseur in Betrieb gehen, der zu 100 Prozent grünen Wasserstoff produzieren soll. Die 300 Tonnen H2 sollen für die Testflotte genügen, die ab 2020 bei Logistikern wie Galliker, Coop, Migros, Transgourmet oder Indermühle in Dienst gehen. Bis 2025 will man die Kapazität auf 70 Megawatt aufstocken.

Für die Bereitstellung des Kraftstoffs und der Infrastruktur wurde das Tochterunternehmen Hydrospider gegründet, dem neben Linde auch H2 Energy sowie der Energieversorger Alpiq angehören. Vom Pioniermarkt Schweiz aus plant man eine Expansion auf andere EU-Märkte, wofür man speziell Partnernetzwerke in Deutschland, den Niederlanden, Österreich und Norwegen im Blick hat.Den Kunden möchte man so einen einfachen Einstieg in die H2-Mobilität ermöglichen, bei denen die Unternehmen nur eine feste monatliche Rate bezahlen.

Mark Freymüller, Chef des Gemeinschaftsunternehmens zwischen Hyundai und H2 Energy, Hyundai Hydrogen Mobility (HHM) sieht in der Schweiz eine größere Bereitschaft und Offenheit für die Technologie bei den Transport- und Logistikpartnern, aber auch die Rahmenbedingungen wie etwa beim Thema CO2-Preis spielten der Einführung nachhaltiger Antriebstechnologien in die Karten. Von Kundenseite sei die Nachfrage hoch und es gebe kein Problem, die 1.600 Fahrzeuge abzusetzen. Auch aus anderen Ländern sei das Interesse hoch. Man wolle die Produktion und die Kapazitäten für die Fertigung in Korea jetzt langsam hochfahren.

Ökonomische und ökologische Rentabilität beweisen

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Der Reifen im Dreieck der Mobilitäts- „Baustellen“ der Zukunft

Auch wenn die Kosten am Anfang deutlich über konventionellen Antrieben lägen, wie Freymüller gestand, sollen die Brennstoffzellen-Lkw über eine gewisse Spanne auch gegenüber Dieseln rentabel sein. Die Wartungs- und Servicekosten sollen niedriger sein. Auch zunehmend strikte Einfahrregulierungen in Europa dürften den Brennstoffzellentrucks in die Hände spielen. Das Servicenetz soll neu aufgebaut und mit nutzfahrzeugerfahrenen Partnern umgesetzt werden. Man wolle am Ende einen „starken Business Case“ abliefern, der die ökonomische und ökologische Rentabilität der Fuel-Cell-Technologie unter Beweis stelle, unterstrich Lee.

Bis 2040 will Hyundai weltweit bis zu 700.000 Fuel-Cell-Trucks im Markt haben. Die Tankstellenbetreiber sollen eine garantierte Auslastung von zehn Fahrzeugen pro Stunde erhalten, dass sich die hohen Anfangsinvestitionen – die Rede ist von rund 700.000 bis eine Million Euro für eine Tankanlage – über die Zeit amortisieren könnten, wie Rolf Huber, Chairman der H2 Energy AG sowie von Hydrospider, erklärte. Es solle für alle Beteiligten der neu zu knüpfenden Wertschöpfungskette ein profitables Geschäft sein. Wichtig ist dabei der Preis für das Kilogramm Wasserstoff, der energieäquivalent zu 7,7 Liter fossilen Kraftstoffs angesetzt werden müsse.

Den nach EU-Maßstäben konfigurierten Xcient Fuel Cell treibt eine 190 kW leistende Brennstoffzelle aus zwei 95-kW-Stacks an. 35 Kilogramm fassende H2-Tanks sitzen hinter der Kabine. Die Tanks können mit 350 bar in zehn bis zwölf Minuten betankt werden und sollen bis zu 400 Kilometer Reichweite ermöglichen. Hyundai setzt für Überland- und Reisebusse sowie das mittlere und schwere Lkw-Segment auf den Brennstoffzellenantrieb. Anders als Toyota favorisiert man für leichte Nutzfahrzeuge und Stadtbusse eher den batterieelektrischen Antrieb.

Die Herausforderung sieht man auch weniger in der Technologie: „Die ist vorhanden, auch finanzielle Unterstützung und die Partner“, meint Rolf Huber von H2 Energy. „Das Problem ist die Mentalität. Wir müssen hier komplett umdenken und sektorübergreifend agieren. Wir müssen zu einer Kreislaufökonomie kommen und von der Natur lernen“, appellierte er. Es mache keinen Sinn, wenn etwa Logistiker nur vom Tank bis zum Rad dächten, Tankstellenbetreiber über den Platzverlust für Ladeinfrastruktur klagten und Energieversorger nur vom Kraftwerk bis zur Steckdose nach dem Motto „take or pay“ agierten. Die Sektorkopplung werde mit der Kooperation von Alpiq, H2 Energy und Linde Realität: „Letztlich geht es darum, den Klimawandel und die Krise in den Griff zu bekommen. Das funktioniert nicht in den alten Mustern.“ Er betonte zudem, dass es vielen der Partner im Projekt nicht um „TCO“-Argumente ginge, es sei eben auch viel Idealismus dabei und die Einsicht, dass sie nachhaltigere Antriebe dringend bräuchten.

Und genau das ist das Problem im Großserien-Pkw-Segment, wie ein Insider bei Daimler zugibt: Solange wir bei jedem verleasten GLC noch Geld ins Handschuhfach legen müssen, ist das kein Geschäftsmodell. Der Weg, das zu ändern, wird noch länger sein als bei der Batterieelektrik, doch er ist es wert, gegangen zu werden.

Auf den Punkt

Sie ist … eine Alternative vor allem für schwere Fahrzeuge.

Schön, dass … das Thema jetzt doch noch Fahrt aufnimmt.

Schade, dass … die Technik immer noch teuer ist.

Was haben Flotten davon? Vor allem im Nutzfahrzeugbereich eine Alternativezu schweren Akkus und immer teurer werdender Dieselabgasnachbehandlung.

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Artikel Das neue Brennen für die Brennstoffzelle
Seite 40 bis 44 | Rubrik mobilität
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