Fraunhofer ISI-Studie: Wasserstoff verliert auch bei Lkw den Anschluss

Eine ISI-Studie sieht vollelektrische Antriebe durch rasante Batterie- und Ladetechnik-Entwicklung auch bei Lkw mittlerweile im Vorteil und für Fuel Cells allenfalls Nischenanwendungen. Für die eilt eine Entscheidung. Bei Pkw sei der Zug ohnehin abgefahren.

Werden sich Fahrzeuge wie der Hyundai H2 Xcient überhaupt durchsetzen? Das ist laut einer Fraunhofer-Studie in der Zeitschrift Nature Electronics fraglich. (Foto: Hyundai)
Werden sich Fahrzeuge wie der Hyundai H2 Xcient überhaupt durchsetzen? Das ist laut einer Fraunhofer-Studie in der Zeitschrift Nature Electronics fraglich. (Foto: Hyundai)
Claus Bünnagel

Brennstoffzellenfahrzeuge haben ihre einstigen Vorteile bei Reichweite und Tankzeit verloren und werden wahrscheinlich nicht mit Batteriependants konkurrieren können, sagt das unabhängige deutsche Forschungsinstitut Fraunhofer ISI. Die Dringlichkeit der Klimakrise bedeute, dass sich die Welt darauf konzentrieren sollte, den Ausbau von batteriebetriebenen Fahrzeugen und Schnellladeinfrastruktur zu beschleunigen, anstatt Brennstoffzellenautos und -Lkw sowie H2-Tankstellen zu fördern, so eine Studie in der Zeitschrift Nature Electronics, zitiert in der Fachzeitschrift "Recharge".

"Wasserstoff wird in der Industrie, in der Schifffahrt und bei synthetischen Flugkraftstoffen eine wichtige Rolle spielen. Aber für den Straßenverkehr können wir meines Erachtens nicht warten, bis die Wasserstofftechnologie aufholt, und sollten uns jetzt auf batterieelektrische Fahrzeuge sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr konzentrieren", erklärt Dr. Patrick Plötz, Koordinator des Geschäftsbereichs Energiewirtschaft am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI.

Autos: Zeitfenster für Fuel Cell so gut wie geschlossen

Für Plötz ist „das Zeitfenster, um einen relevanten Marktanteil für Wasserstoffautos zu erreichen, so gut wie geschlossen“. Er verweist darauf, dass Anfang letztes Jahr rund 25.000 Brennstoffzellenautos auf den Straßen unterwegs waren, zwei FCEV-Modelle zum Kauf angeboten wurden (Toyota Mirai und Hyundai Nexo) und weltweit rund 540 Wasserstofftankstellen in Betrieb waren.

"Im Gegensatz dazu werden Anfang 2022 voraussichtlich etwa 15 Mio. batterieelektrische und Plug-in-Hybridfahrzeuge auf den Straßen der Welt unterwegs sein. Fast alle Hersteller bieten solche Fahrzeuge an; weltweit gibt es mehr als 350 Modelle", fasst Plötz zusammen.

Und während die meisten Fahrer batterieelektrischer Fahrzeuge (BEV) derzeit zu Hause laden, gab es im Jahr 2020 etwa 1,3 Mio. öffentliche Ladepunkte – ein Viertel davon waren Schnellladegeräte (mindestens 22 kW) – und mehr als 1.000 DC-Ladegeräte mit bis zu 300 kW in Europa.

"Als batterieelektrische Fahrzeuge eine begrenzte Reichweite von weniger als 150 km hatten und das Aufladen einige Stunden dauerte, gab es ein zentrales Marktsegment für Brennstoffzellenfahrzeuge: Langstreckenfahrten. Die höhere Energiedichte von komprimiertem Wasserstoff im Vergleich zu Batterien und die Möglichkeit, innerhalb weniger Minuten aufzutanken, machten Brennstoffzellenfahrzeuge potenziell ideal für häufige Langstreckenfahrten. Batterieelektrische Fahrzeuge bieten heute jedoch eine reale Reichweite von mindestens 400 km, und die neueste Generation verwendet eine 800-V-Struktur, um in etwa 15 Minuten eine Reichweite von 200 km aufzuladen", skizziert Plötz die Entwicklung.

Viele der laufenden Investitionen in Wasserstoffautos scheinen dem Trugschluss der versenkten Kosten zu folgen: Wir haben bereits so viel für diese Technologie ausgegeben, wir sollten jetzt nicht aufgeben. Aber da die Größenvorteile bei Batterien voll zum Tragen kommen und weitere Kostensenkungen und Leistungsverbesserungen bei Elektrofahrzeugen und der Ladeinfrastruktur bevorstehen, ist es sehr unwahrscheinlich, dass Brennstoffzellenautos konkurrenzfähig sein werden, meint Plötz weiter.

Lkw: Brennstoffzelle hinkt Batterie hinterher

Die mit Wasserstoff betriebene Lkw-Technologie sei ebenfalls weniger weit fortgeschritten als der batteriebetriebene, meint Plötz und verweist auf 30.000 batterieelektrische Lkw, die weltweit unterwegs sind, die meisten davon in China.

Brennstoffzellenelektrische Lkw hingegen werden bisher nur in Testversuchen – von zwei Herstellern – betrieben und sind noch nicht kommerziell verfügbar. (Plötz)

Er fügt hinzu, dass bereits mehr als 150 batterieelektrische Lkw-Modelle für den mittleren und schweren Güterverkehr angekündigt wurden.

Die aktuelle Herausforderung für batterieelektrische Fahrzeuge ist der logistische Langstreckenbetrieb mit mehr als 100.000 km pro Jahr und der Transport von sehr schweren Gütern, was einen hohen Energieverbrauch pro Kilometer bedeutet. Dies ist der häufig diskutierte Anwendungsfall für Wasserstoff-Lkw. Mehrere Lkw-Hersteller sowie Brennstoffzellen- und Infrastrukturanbieter haben sich zusammengetan und das Ziel ausgegeben, dass bis 2030 rund 100.000 Brennstoffzellen-Lkw auf europäischen Straßen fahren sollen", erklärt der ISI-Fachmann.

Dies erscheint für ihn jedoch sehr unwahrscheinlich, wenn man bedenkt, dass die Unternehmen den frühesten Starttermin für die Produktion von kommerziellen Serien-Lkw mit Brennstoffzellen im Jahr 2027 ankündigen. Zu diesem Zeitpunkt werden die batterieelektrischen Fahrzeuge der zweiten Generation bereits kommerziell verfügbar und in Betrieb sein, prognostiziert Plötz. Er erklärt, dass Langstreckenfahrten von mehr als 500 km pro Tag zwar eine Herausforderung für batterieelektrische Optionen darstellten, die europäischen Vorschriften jedoch vorschreiben, dass Lkw-Fahrer nach einer Fahrzeit von mehr als viereinhalb Stunden eine 45-minütige Pause einlegen müssen.

"Innerhalb von 4,5 Stunden könnte ein schwerer Lkw maximal 400 km zurücklegen, so dass praktische Reichweiten von etwa 450 km ausreichen würden, wenn leistungsstarke Schnellladestationen für batterieelektrische Lkw weithin verfügbar wären. 400 km in 45 Minuten aufzuladen, bedeutet für einen schweren Lkw etwa 800 kW durchschnittliche Ladeleistung. Die derzeitige Schnellladenorm erlaubt bis zu 350 kW. Derzeit wird jedoch eine neue Norm für Megawattladesysteme entwickelt, die eine Ladeleistung von über 2 MW ermöglichen soll", schildert Plötz die weitere Entwicklung.

Spezifikationen werden für Ende 2022 erwartet, die endgültige Norm soll 2023 vorliegen. Die Lkw-Hersteller drängen auf den Aufbau eines Megawattladenetzes in Europa, und es wurden mögliche Standorte für Schnellladegeräte vorgeschlagen. In einem Entwurf für einen Infrastrukturvorschlag in Europa wird empfohlen, alle 50 km entlang des Hauptverkehrsstraßennetzes Hochleistungsladegeräte aufzustellen, so der ISI-Forscher. Plötz, der sich seit 2011 mit umweltfreundlichem Verkehr befasst, verweist auf Studien, wonach die Gesamtbetriebskosten für Lkw mit Brennstoffzellen höher sind als für batteriebetriebene Modelle mit Megawattladestationen und fügt hinzu: 

"Bei Lkw sind die Betriebskosten wichtiger als bei Pkw, so dass der Anwendungsfall für Brennstoffzellen-Lkw noch kleiner ist".

Nichtsdestotrotz könnten H2-Lastwagen für „wirklich schwere Transporte in abgelegenen Gebieten“ einen praktischen Vorteil haben, erklärt er und ergänzt: 

"Aber die Frage bleibt, ob solche Fahrzeuge überhaupt geeignet sind. Sind solche Nischengebiete groß genug, um die Kommerzialisierung und die Skaleneffekte zu unterstützen, die für die Produktion von Brennstoffzellen-Lkw und deren Infrastruktur erforderlich sind? Je nach Größe der Nische könnten Biokraftstoffe oder erneuerbare synthetische Kraftstoffe nach 2030 ausreichend sein, um die Anwendung kohlenstoffneutral zu betreiben."

Plötz schlussfolgert klar, wenn die Lkw-Hersteller nicht bald mit der Massenproduktion von Brennstoffzellen-Lkw begännen, um die Kosten zu senken, würden sich solche Fahrzeuge im kohlenstoffarmen Straßenverkehr nie durchsetzen.

"Politik und Industrie müssen schnell entscheiden, ob die Nische der Brennstoffzellen-Lkw groß genug ist, um die weitere Entwicklung der Wasserstofftechnologie zu unterstützen, oder ob es an der Zeit ist, die Verluste bei der womöglich ergebnislosen Entwicklung zu begrenzen und ihre Anstrengungen auf andere Bereiche zu konzentrieren", appelliert Plötz abschließend.

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