Technik
19.06.2018

Brennstoffzelle: Das eigene Kraftwerk an Bord

Bis zur Wasserstoff-Gesellschaft ist es ein weiter Weg. Auch der Durchbruch der Hybridtechnik dauerte Jahre.

Die Olympischen Spiele 2020 in Tokio sollen auch für eine ehrgeizige Idee Japans die Bühne bieten: die Wasserstoff-Gesellschaft. Wie kein anderes Land setzt der Inselstaat auf Wasserstoff in seiner Energiestrategie.

Toyota als größter Autohersteller Japans will 2020 der Welt beweisen, dass Wasserstoff neben dem Pkw-Langstreckenverkehr auch Lkw, Busse, Züge, Schiffe und kleinere Flugzeuge abgasfrei machen kann.

-Vorteile Wasserstoff steht schon heute fast gratis als Nebenprodukt etwa der chemischen Industrie zur Verfügung und treibt in einigen Städten wie Köln die Stadtbusse an. Rund 40 % der jährlich verbrauchten 50 Mio. t Wasserstoff fallen als Nebenprodukt bei Industrieprozessen wie etwa bei der Herstellung von Chlor an, nur 60 % werden eigens erzeugt, zu 95 % aus fossilen Quellen (vor allem Erdgas), so die Autoren in der neuen Auflage des Buches „Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik“.

-Speicher Um als abgasfrei zu gelten, muss Wasserstoff jedoch via Elektrolyse aus Wasser mit Ökostrom erzeugt werden, was deutlich teurer ist, aber auch den Vorteil hat, dass man so den überschüssigen Wind- und Solarstrom speichern kann. „Als Wasserstoff lässt sich überschüssiger Strom am längsten speichern“, so ein Toyota-Sprecher, nämlich über Monate. Für den Transport sind auch keine Hochspannungsleitungen nötig, die sündteuer sind und deren Bau meist Jahrzehnte dauert. Wasserstoff lässt sich relativ einfach in das vorhandene Gasnetz einspeisen (bis zu rund 10 %) oder per Lkw, Schiffen oder Eisenbahn transportieren.

-Brennstoffzellen Für Fahrzeuge ist Wasserstoff am effizientesten zusammen mit Brennstoffzellen, die daraus den Strom für den E-Motor des Fahrzeugs chemisch erzeugen. Der Wirkungsgrad dieser Antriebsart ist zwar mit rund 60 % deutlich geringer als ein Batterie-elektrischer mit rund 90 %. Anderseits benötigen Autos mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb deutlich weniger Tankstellen als E-Autos Ladestellen, weil sie eine rund doppelt so große Reichweite haben mit ihren aktuellen 700-bar-Tanks. Das Tanken ist mit wenigen Minuten Dauer auch deutlich schneller erledigt als das Laden.

-Kosten Die Kosten einer Wasserstofftankstelle betragen rund 1 Mio. Euro, das entspricht jenen einer Schnellladestation an der Autobahn, sofern die nötigen Zuleitungen nicht zu lang sind. 1 Kilo Wasserstoff kostet beim Tanken ca. 9,5 €/kg, das reicht für rund 100 km. Laut Katsuhiko Hirose eigne sich das Engagement von Toyota auf dem Gebiet nicht zum schnellen Geldverdienen. Allein die Entwicklung des Brennstoffzellenautos Mirai, das 2015 startete und ab Sommer in Österreich verfügbar ist, kostete 2 Mrd. €.

-Ausblick Aber beim ersten Hybridfahrzeug Prius dauerte es auch mehr als 10 Jahre bis zum wirtschaftlichen Durchbruch. Inzwischen hat Toyota mehr als 12 Mio. Hybridautos verkauft – und 5500 Mirai. Hirose glaubt, dass der Brennstoffzellenantrieb in 10 bis 15 Jahren auf das Kostenniveau eines Hybridantriebs sinken kann. Für einen neuen Antrieb müssen sich auch die Zulieferanten umstellen und das dauere ebenfalls Jahre. Dass sich auch in Europa schon einiges auf dem Gebiet getan hat, zeigte Toyota anlässlich seiner zweiten Wasserstoff-Tour, diesmal durch Deutschland und Dänemark.

Brennstoffzellenantrieb: Daimler & Co ziehen nach

Wie bereits beim Hybrid- sind auch beim Brennstoffzellenantrieb die Vorreiter aus Asien. Hyundai rühmt sich, 2013 mit dem Tucson ix35 das erste Brennstoffzellenauto aus einer Massenproduktion auf den Markt gebracht zu haben. Honda brachte seinen derzeit aktuellen Clarity, ebenfalls mit Brennstoffzellenantrieb, 2016, allerdings in nur sehr kleinen Stückzahlen, Toyotas Mirai startete 2015. Von ihm wurden bislang 5500 Stück verkauft.
Auf dem Int. Wiener Motorensymposium stellte Sae Hoon Kim von Hyundai die nächste Generation vor, die demnächst in Europa vorgestellt werden soll (mehr demnächst im Motor-KURIER). Sie wird mit 60 % einen um rund 5 % besseren Wirkungsgrad als die erste Generation haben, die Reichweite steigt von 415 auf 600 km, die PS um 20 % auf 163. Der neue Nexo mit Brennstoffzellenantrieb soll sich bei bis zu minus 30 Grad C starten lassen. Auch seine Dauerhaltbarkeit sei deutlich besser.
Von den deutschen Herstellern hat Daimler seinen GLC mit Brennstoffzellen als Plug-in-Hybrid in Wien vorgestellt. Auch er startet heuer.

Jedoch werden nur wenige Stück an deutsche Kunden verleast. Ein Serienmodell ist für 2020/21 vorgesehen.
BMW und Audi haben ebenfalls bereits fahrtüchtige Brennstoffzellenfahrzeuge. An die breite Öffentlichkeit sind sie damit aber noch nicht gegangen.