Die Brennstoffzelle ist immer noch ein Außenseiter bei den Antrieben, der Durchbruch gelingt ihr einfach nicht. Das hat Gründe.

Bei den Möglichkeiten einer zukünftigen Mobilität spielt auch die Brennstoffzelle seit vielen Jahren eine wichtige Rolle. Angetrieben mit Wasserstoff könnte sie eine Alternative zu schweren Akkus und geringe Reichweite sein. So richtig will die Technologie im Auto nicht vorankommen, denn die Hürden sind hoch. Von einigen Fachleuten wird der Brennstoffzelle sogar gar keine Zukunft beschieden, es gibt aber Unternehmen und Wissenschaftler, die ihr einiges zutrauen.

Bei Toyota beispielsweise gibt es mit dem Mirai bereits seit 2015 ein frei käufliches Modell, das aus Sicht des Herstellers technisch ausgereift, zuverlässig, sicher und in Hinblick auf die Kosten mit konventionell angetriebenen Autos sogar beinahe konkurrenzfähig ist. Objektiv betrachtet betreibt Toyota beim Kostenkapitel jedoch Schönfärberei, denn der fast 80.000 Euro teure Mirai bietet trotz seines Preises und seiner 4,89 Meter Länge keineswegs Oberklasse-Niveau.

Hoher Preis, teurer Wasserstoff

Selbst mit der Brennstoffzellen-Bundesförderungen NIP von über 20.000 Euro für gewerbliche Nutzer erscheint sein Preis nur mäßig attraktiv. Zumal sich mit einem Mirai auch über die Energiekosten derzeit kein Sparpotenzial generieren lässt, denn für 100 Kilometer wird rund ein Kilogramm Wasserstoff benötigt. Der kostet an einer der 75 Tankstellen in Deutschland pro Kilo fast 10 Euro. Mit einem Diesel oder Erdgasfahrzeug fährt man jedenfalls günstiger.

Doch selbst wenn die Kosten nicht abschrecken und die Begeisterung für das Wasserstoffauto groß ist, wie Mirai-Produkt-Manager Widger Falk von seinen wenigen Kunden zu berichten weiß: Der Mirai wird in nur sehr kleinen Stückzahlen produziert. In den vergangenen vier Jahren sind unter Manufakturbedingungen lediglich etwas über 10.000 Exemplare in Japan entstanden, von denen nur wenige hundert nach Deutschland gelangten. Im Vergleich zu den in immer größerer Zahl produzierten batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) ist das verschwindend wenig.

Visionen von einst: 1,2 Millionen Fahrzeuge bis 2025

Dabei hatte die Organisation H2 Mobility, ein Zusammenschluss mehrerer marktrelevanter Konzerne wie Daimler und General Motors, einst die Vision von 1,2 Millionen Brennstoffzellenautos auf deutschen Straßen für das Jahr 2025 ausgegeben. Wie der Leiter der Berliner Konzernrepräsentanz von Toyota Europe, Ferry Franz, einräumt, sei man bei H2 Mobility mittlerweile davon abgerückt, konkrete Zahlen zu verkünden. Vielmehr treibe man das Thema an mehreren Fronten beharrlich voran, was auch der Verbreitung von Wasserstoffautos mit Brennstoffzelle helfen wird. Kursänderungen bei der Konzernstrategie, wie sie etwa der Brennstoffzellen-Pionier Daimler vor einigen Jahren mit dem Verzicht auf eine Massenproduktion getroffen hat, haben die zunächst erhoffte Verbreitung der Technik ausgebremst.

Immerhin hat das Projekt H2 Mobility wieder an Fahrt gewonnen, denn unter anderem sind mit Hyundai und Great Wall zwei Autohersteller in den vergangenen beiden Jahren dem Interessenverband beigetreten. Darüber hinaus hat BMW überraschend auf der IAA angekündigt, 2022 zunächst in Klein- und ab 2025 in Großserie ein Brennstoffzellenmodell produzieren zu wollen.

Toyota: Die Ziele fest im Blick

Auch bei Toyota hat man die nächsten Schritte hin zu einer Großserienproduktion fest im Blick. Laut Franz Ferry soll 2020 die zweite Mirai-Generation starten, deren Produktionskapazitäten sich gegenüber der aktuellen Version verzehnfachen und über die damit einhergehenden Skaleneffekte der Preis um 10 bis 15 Prozent sinken soll. Gegenüber dem aktuellen Mirai fast schon halbieren könnte sich der Kaufpreis in Generation drei, die allerdings nicht vor 2025 kommen wird.

Die Frage, ob nun BEV oder Brennstoffzellenautos das Rennen machen werden, stellen sich die Japaner gar nicht. Für sie wird es in Zukunft ein Nebeneinander von teil- und vollelektrisierten Autos geben. Wobei Toyota den Anwendungsbereich vollelektrischer Fahrzeuge mit Akkuspeicher vor allem in urbanen Einsatz und für kurze Strecken sieht. Die Reichweitenproblematik der BEVs können Brennstoffzellenautos elegant umgehen, weshalb sich diese als Langsteckenstromer eignen. So lassen sich hohe Reichweiten bei Mirai oder etwa dem ebenfalls verfügbaren Hyundai Nexo ohne teure und schwere Batterien realisieren.

Gegen Kälte resistent

Darüber hinaus bleibt die Brennstoffzelle auch bei Kälte reichweitenstark und erlaubt schnelles Betanken, ohne den Energiespeicher dabei exponentiell altern zu lassen, vorausgesetzt, die etwas diffizilen Säulen arbeiten störungsfrei, was bei großer Hitze und ebensolcher Kälte nicht immer gegeben ist. Genau in diesen für eine Alltagsnutzung so wichtigen Punkten ist ein BEV eindeutig im Nachteil. Ebenfalls deutlich im Nachteil sind reine Batterielösungen aufgrund absurder Größen für Lastwagen, bei denen Toyota besonders großes Potenzial für die Brennstoffzelle sieht.

Doch nicht nur beim Fahrzeugangebot ist vieles noch Zukunftsmusik. Ebenfalls einer größeren Verbreitung harrt klimaneutral produzierter Wasserstoff. Der von Linde und Siemens zunächst als Forschungsanlage für 17 Millionen Euro errichtete Energiepark Mainz ist eigentlich darauf ausgelegt, regenerativen Wasserstoff zu erzeugen. Unter anderem wurden dafür direkt neben der Anlage vier Windkrafträder aufgestellt, die theoretisch den Strom für das energieintensive Elektrolyseverfahren liefern sollen. Mit Hilfe von Strom wird dabei Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Wie der Linde-Betriebsingenieur Martin Neuberger einräumt, wird für dieses „Power-to-Gas“-Verfahren aus Kostengründen jedoch möglichst günstiger Strom aus dem Netz eingesetzt.

Wie wird der Wasserstoff gewonnen?

Die Windkrafträder indes speisen ihren Strom ins Netz ein, da dieser dank EEG-Gesetz besonders hoch vergütet wird. Der für die Elektrolyse praktisch genutzte Strom ist in der Regel also nicht klimaneutral. Einer positiven Energiebilanz ebenfalls abträglich sind hohe Wirkungsgradverluste von mindestens 30 Prozent sowie der Transport von Wasserstoff. Rund 200 Tonnen lassen sich hier jährlich gewinnen, was immerhin genug wäre, etwa 2.000 Toyota Mirai jährlich mit Energie für jeweils 10.000 Kilometer zu versorgen.

Allerdings muss dafür das Gas per Lkw an Tankstellen geliefert werden. Doch ein 20 Tonnen schwerer Transporter kann lediglich 350 Kilogramm Wasserstoff in seinen Tank aufnehmen. Von Dieselmotoren angetrieben, sind diese Schwergewichte alles andere als klimaneutral unterwegs. Darüber hinaus lässt sich der Energiepark Mainz unter freien Wettbewerbsbedingungen nicht wirtschaftlich betreiben. Neuberger will keinen realistischen Preis für die Kilowattstunde Wasserstoff aus der ohne Personal betriebenen Anlage nennen, doch wird klar, dass dieser nicht konkurrenzfähig sein kann, was vor allem den hohen Investitionen geschuldet ist. Die Anlage zeigt jedoch, dass die Technik funktioniert und beherrschbar ist. Siemens will sein dort genutztes PEM-Elektrolyseverfahren in Zukunft für die Vermarktung optimieren.

Wasserstoff lokal mit Solarzellen erzeugen

Grundsätzlich ließen sich laut Neuberger smartere und deutlich günstigere Anlagen realisieren. Eines Tages könnten sogar auf Tankstellen mit Solarstrom betriebene Mini-PEM-Anlagen klimaneutral Wasserstoff generieren, der sich ohne Transportaufwand direkt am Produktionsort tanken lässt. Wenn Neuberger vom technisch Machbaren redet, benutzt er oft den Konjunktiv, denn solche Systeme werden zwar angedacht, zeitnah werden sie jedoch nicht verfügbar sein. Doch welcher wäre denn der beste Weg hin zu einer klimaneutralen Wasserstoffversorgung? „Keiner hat das Konzept für die Zukunft“, sagt der Ingenieur, der neben viel Euphorie für das Thema Wasserstoff auch ein wenig Skepsis mitschwingen lässt.

Auch die Verbreitung bereits verfügbarer Wasserstofftechniken ist schleppend, was sich beim Besuch des Hotels Radisson Blu in Frankfurt, zeigt. Hier wurde vom Energieversorger EON 2018 eine 1,4-MW-Brennstoffzelle als Blockheizkraftwerk in Betrieb genommen, die in Hinblick auf die Ökobilanz durchaus Vorteile bringt, obwohl der Wasserstoff zur Stromerzeugung aus Erdgas und damit keineswegs klimaneutral erzeugt wird. Laut Hotel-Chef Michael Götz rechnet sich die gewaltig dimensionierte Anlage für das Radisson Blu, was allerdings auch einer Bezuschussung durch den Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NOW in Höhe von 800.000 Euro sowie einem günstigen Erdgaspreis geschuldet ist.

„Es ist alles kompliziert“

Doch wie Tilman Wilhelm von NOW einräumt, ist die Förderung einer weiteren derartigen Anlage derzeit nicht in Sicht, was wohl auch mit den sich immer mal wieder ändernden politischen Verhältnissen in Berlin zu tun hat. Ein ähnliches Prioritäten-Problem zeigt sich seiner Meinung nach ebenfalls bei der Förderung der E-Mobilität, bei der regional wie auch auf Bundesebene in den letzten Jahren vor allem die batterieelektrische Mobilität bezuschusst wurde, was wiederum Wasserstoff-Initiativen ausgebremst hat. „Es ist alles kompliziert“, lautet Wilhelms Resümee zur Frage, was warum gefördert wird.

Und so ist es eine Gemengelage aus sich ändernden Konzernstrategien, einer nicht kohärenten Förderungspolitik und vielen Henne-Ei-Problemen, welche einen Siegeszug der Wasserstofftechnologie in der Mobilität bislang verhindern. Man kann nur darauf hoffen, dass diese Probleme in absehbarer Zeit gelöst werden – von wem auch immer. HM/Mario Hommen