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Antrieb der Zukunft
Die Chancen der Brennstoffzellen-Technologie

Wasserstoff ist der "Sprit" für die Brennstoffzellenautos - im Vergleich zu den batteriebetriebenen Elektroautos sind sie in Deutschland noch eine Seltenheit. Doch Politik und Industrie wollen den Wasserstoff als Antriebsmittel zur Marktreife bringen. In Hamburg setzt man jetzt schon auf eine sogenannte Innovationslinie - hier fahren nur Busse, die keine oder wenig Emission haben.

Von Katharina Hamberger |
    Ein Mann hält am 18.04.2012 den Zapfhahn einer Wasserstoff-Tanksäule an ein Auto auf einer Tankstelle in Berlin.
    Das Betanken von Brennstoffzellenautos soll kaum Zeit rauben. (dpa / Hannibal Hanschke)
    "Genau, hier ist der Schlüssel, ist 'ne Automatik, jetzt erst mal Schlüssel rein und ganz nach rechts drehen, genau – und loslassen."
    Bislang ist alles wie bei einem normalen Auto. Lenkrad, Automatikhebel, Bremse. Aber schnell machen sich die Unterschiede bemerkbar:
    "Ah, man hört nichts."
    "Nein, man hört erst mal nichts."
    Die Ruhe kommt nicht daher, dass der SUV nicht funktioniert. Sie ist seinem Antrieb geschuldet.
    "Jetzt sehen Sie vorne in der Anzeige, dass da ein grünes Licht leuchtet: Ready, das heißt, das System ist jetzt an. Sie haben hier „Distance to empty 327 Kilometer. Tank ist halb voll ungefähr." "Route wird gestartet"
    Eine Seltenheit auf Deutschlands Straßen
    Im Tank befindet sich Wasserstoff – er ist der Sprit für die Brennstoffzelle, die diesem Auto den Strom liefert. Brennstoffzellenautos gehören zu den Elektroautos. Allerdings sind sie im Vergleich zu den batteriebetriebenen noch eine Seltenheit auf Deutschlands Straßen.
    Der weiße SUV, der nun still losrollt, gehört der CEP, kurz für Clean Energy Partnership. Wie das Auto funktioniert, erklärt Claudia Fried, Sprecherin der CEP. Hinter den drei Buchstaben verbirgt sich ein gemeinsames Projekt von Politik und Industrie. Das Ziel: den Wasserstoff als Antriebsmittel zur Marktreife zu bringen. Übergeordnet ist die NOW – die Nationale Organisation Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie. Eine GmbH, einziger Gesellschafter ist die Bundesrepublik, ein gemeinsames Programm von Industrie, Politik und Wissenschaft, um die Wasserstofftechnologie in allen Einsatzbereichen voranzubringen. Eine Herangehensweise, die es bei den batteriebetriebenen Elektroautos nicht gibt. Mit ein Zeichen dafür, dass auch in Deutschland die durch Wasserstoff angetriebene Brennstoffzelle als eine Alternative für Diesel und Benzin gesehen wird.
    Geringere CO2 Produktion
    "Der Wasserstoff und die Brennstoffzelle in Kombination hat den großen Vorteil, dass wir sehr viel weniger CO2 produzieren. Mit der Perspektive, wenn wir irgendwann den Wasserstoff regenerativ herstellen, dass wir dann die CO2-Emmissionen fast zu null bekommen, aber auch heute in dem jetzigen Stand und Zustand eine deutliche Reduktion von CO2-Emmissionen aus der Mobilität haben werden." So Herbert Kohler, Leiter von E-Drive und Future Mobility bei Daimler.
    Für ihn ist es auch ein Vorteil, dass die Autos sich kaum von denen unterscheiden, die seine Kunden schon kennen. Sogar das Betanken würde nur wenig länger dauern. Etwas, das aus Sicht des Bundes für Umwelt und Naturschutz Deutschland aber auch ein Problem des Wasserstoffantriebes darstellt. Denn man würde den Leuten suggerieren...
    "... die jetzige Form der individuellen Mobilität kann genauso weitergehen wie jetzt. Also, wir können immer noch mit 2,5 Tonnen Stahl einen riesigen SUV von Berlin nach Barcelona fahren, ohne uns vorher Gedanken machen zu müssen: Schaffen wir es, kommen wir durch? Sondern, ich kann jederzeit unbegrenzt Energie nachtanken. Und das ist das, was wir so ein bisschen kritisieren an der ganzen Geschichte, weil wir eigentlich wollen, dass die Autos kleiner und sparsamer werden." So Jens Hilgenberg vom Team Klimaschutz beim BUND.
    In einem Autosalon ist ein mit Gras bedecktes Auto zu sehen.
    Grüne Zukunft fürs Auto? (deutschlandradio.de / Daniela Kurz)
    Das Argument können allerdings sogar Wasserstofffreunde nachvollziehen. Klaus Bonhoff ist Geschäftsführer der Nationalen Organisation Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie: "Batteriefahrzeuge für kleinere Fahrzeuge, kompaktere Fahrzeuge insbesondere im innerstädtischen Bereich, sind die effizienteste Art der Mobilität, und wenn wir den Strom aus erneuerbaren Energien nehmen, dann haben wir auch in der Gesamtkette deutliche Vorteile. Aber Batterien können eben nicht die komplette Bandbreite der Mobilität abdecken. Wenn wir über höhere Reichweiten reden, wenn wir über schnellere Ladung nachdenken, dann kommen eben Wasserstoff- und Brennstoffzellenautos zum Einsatz."
    Innovationslinie: Brennstoffzellenbus
    Wie aber funktioniert die Brennstoffzelle überhaupt? Kurz ausgedrückt wird Energie hergestellt, indem man Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert miteinander reagieren lässt. Das Abfallprodukt dieses chemischen Vorgangs ist Wasserdampf. Dass diese Technik funktioniert, kann man in Hamburg sehen:
    "Und, wie war das jetzt so mit dem Fahren? Löpt dat denn?"
    "Erzählen Sie doch mal, wie war es denn? Anders als ein normaler Bus?"
    "Ja, kein Ruckeln, kein Zuckeln, schön leise, zieht gleichmäßig an."
    Der Busfahrer lernt gerade zusammen mit seinen Kollegen, wie man einen Bus fährt. Und auch wie man ihn tankt. Deshalb halten sie mit dem Bus unter einem, nur von weißen Säulen getragenen, asymmetrischen Dach in der Hafenstadt: die Tankstelle.
    "Nach dem Aufsetzen der Füllkupplung, starten wir nur noch den Betankungsvorgang. Der läuft dann voll automatisch. Die Tankstelle kommuniziert über einen Infrarotanschluss mit dem Fahrzeug."
    Dann drückt Joachim Will einen grünen Knopf, über dem Start steht. Auf der Tankstelle befindet sich auch noch eine Säule für Autos. Sowohl die für Busse, als auch die für Autos unterscheidet sich nur wenig von einer für Diesel oder Benzin: ein großer Kasten mit einer Anzeige und einem langen Schlauch mit einem Stutzen dran. Will betreut bei der Hamburger Hochbahn, den örtlichen Verkehrsbetrieben, alle neuen Fahrzeugtechnologien. So auch den Wasserstoffbus.
    "Es gibt spezielle Fahrgäste, die warten jetzt auf der Linie, dass eben ein Brennstoffzellenbus vorbeikommt."
    Er ist auf der Linie 109 unterwegs. Sie ist eine sogenannte Innovationslinie. Hier fahren nur Busse, die keine oder nur wenig Emission haben.
    Emissionsfreie Busse
    "Unser Ziel ist, ab 2020 keine Busse mehr zu kaufen, die noch Emission haben. Damit das gelingt, setzen wir jetzt diejenigen, die heute schon entwickelt sind, ein. Das betrifft Wasserstoffhybridbusse, das betrifft Busse, die mit Batterie betrieben sind, das betrifft Diesel-Hybridbusse als Zwischenstadium und auch andere Technologien." Erklärt Hamburgs Erster Bürgermeister Olaf Scholz von der SPD.
    "Wenn wir unsere U-Bahnen und unsere S-Bahnen ausbauen, dann erhöht das natürlich den Anteil des Verkehrs, der wenig Emissionen hat. Und wenn wir es schaffen, dass das andere große Verkehrsmittel, nämlich die Busse, zukünftig emissionsfrei ist, dann hat das auch einen erheblichen Einfluss auf die Luftqualität in den Städten Deutschlands."
    In Hamburg setzt man schon auf die Innovationslinie: Brennstoffzellenbus.
    In Hamburg setzt man schon auf die Innovationslinie: Brennstoffzellenbus. (DaimlerChrysler AG)
    Das Projekt wird öffentlich gefördert. Noch sind die Fahrzeuge teuer. Hamburg kann und will sich das leisten.
    "Unser Ziel ist es, ein bisschen so zu agieren, wie es vielleicht Kalifornien bereits für die Autoindustrie tut, nämlich als großer Markt zu sagen, wir müssen den technologischen Sprung jetzt erreichen. Und wer ab 2020 dabei sein will, der muss eine Technologie anbieten, die es uns ermöglicht, wirtschaftlich Busse ohne Emission zu betreiben. Wir kaufen ab da nur noch solche."
    Die Zukunft der Brennstoffzellenautos
    Ein solches Projekt wie in Hamburg kann dazu beitragen, alternative Antriebsmöglichkeiten voranzubringen, wirtschaftlich zu machen. Das kann sich wiederum auch auf die Automobilbranche auswirken. Bislang müssen sich diejenigen noch etwas gedulden, die in Deutschland ein Brennstoffzellenauto kaufen wollen.
    "Ich könnte jetzt nicht sagen, wie sich in den nächsten Jahren die Zahl der Brennstoffzellenautos in Wahrheit auf der Straße entwickelt."
    Im Moment gebe es nur eine geringe Zahl solcher Autos in Deutschland, weil es eben nur ganz wenig Modelle seien, die man sich zur Zeit anschaffen könne, resümiert Bundesverkehrsminister Alexander Dobrindt von der CSU. Vor allem, wenn es von einem deutschen Hersteller sein soll, noch gibt es hier kein Auto, das in Großserie produziert wird.
    "Wir haben, glaube ich, 1994 begonnen mit der Erforschung von Brennstoffzelle und Wasserstoffanwendung. Sind heute auf dem Stand, dass wir - so auch kommuniziert - für 2017/18 die Markteinführung machen. Das heißt, wir entwickeln im Moment die Komponenten, den Antriebsstrang dazu", sagt Kohler.
    Der Konzern hat bereits einen Versuch gewagt und eine B-Klasse in einer Kleinst-Serie hergestellt. Eigentlich sollte die Serienproduktion 2014 beginnen. Der Start wurde allerdings verschoben. Auch BMW versuchte sich an einem Modell, dem Hydrogen 7. Auch dieser Plan wurde 2009 verworfen. Ein Problem bei dem Münchner Autohersteller: Der Wasserstoff kam flüssig in den Tank. In dieser Form verflüchtigt er sich aber sehr schnell. Wird das Auto nicht gefahren, leert sich der Tank – heute werden die Autos mit gasförmigem Wasserstoff betankt. Nach dem Rückzug von BMW hielten nur noch wenige deutsche Autobauer an der Wasserstofftechnologie fest.
    "Die Automobilindustrie, die eine gewisse Zeit sehr stark auf Wasserstoff gesetzt hat, hat da einen Schwenk gemacht."
    Zweifel an der Sicherheit der Brennstoffzelle
    Einen Schwenk hin zu batteriebetriebenen Fahrzeugen, meint der Bundesverkehrsminister. Er sieht nun erneut einen Wandel: Es gebe zur Zeit wieder eine neue Diskussion, der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie einen Schub zu verleihen. In den 1990er-Jahren wurde noch an der Sicherheit der Brennstoffzelle gezweifelt, etwa an den Tankstellen.
    Belmer: "Das ist eigentlich so der einzige Nachteil, den das Wort Wasserstoff aus meiner persönlichen Sicht hat: Wenn wir das Wort in den Mund nehmen, dann haben alle gleich die Hindenburgkatastrophe vor Augen. Wenn wir uns mal angucken, mit was für Stoffen wir uns sonst so den ganzen Tag umgeben, halte ich Wasserstoff noch für einen der verträglichsten Stoffe", sagt Frank Belmer, Brennstoffzellenexperte bei Shell.
    Ein Elektrolyseur im Wasserstoff-Hybridkraftwerk
    Mit solchen Elektrolyseuren wird Wasserstoff erzeugt. (dpa / Bernd Settnik)
    Er ist auch für die leistungsfähigste Betankungsanlage für Wasserstoff der Welt am Berliner Sachsendamm zuständig. Hier wird rund eine Tonne flüssiger Wasserstoff vorgehalten. In Belmers Büro auf der Tankstelle, das einem Baucontainer gleicht, finden sich diverse Bildschirme, über die er die Anlage überwachen kann. Auf dem Gelände befindet sich ein weiterer Raum, der nur für den absoluten Notfall vorgesehen ist. Darin befinden sich viele Gasflaschen.
    "Wenn man Wasserstoff unterirdisch lagert, muss man natürlich ein spezielles Sicherheitsmanagement haben. Das sieht bei uns so aus, dass wir im unterirdischen Bereich fünf Gassensoren und drei Infrarotsensoren haben. Infrarot deshalb, weil man Wasserstoffflammen nicht sehen kann."
    Schlagen die Sensoren Alarm, wird ein Gas eingeleitet, das den Sauerstoff verdrängt und damit die Explosionsgefahr bannt. Auch die Autos selbst sind offenbar kein Problem, zumindest was die Sicherheit betrifft.
    "Wir haben mit den Fahrzeugen der CEP in der Zwischenzeit über zwei Millionen Kilometer zurückgelegt. Und es sind auch Unfälle produziert worden, und da ist nirgendwo Wasserstoff ausgetreten oder es kam zu einem Brand oder so was", berichtet CEP-Sprecherin Fried.
    Verzögerung der Wasserstoffzellentechnologie in Deutschland
    "Die Technik ist heute auf einem Stand, dass sie voll-kundenfähige Produkte liefert. Ein Brennstoffzellenauto, wie es heute zu fahren ist, ist ein ganz normales Auto", erklärt NOW-Geschäftsführer Bonhoff.
    Aber es gibt Gründe, die den Durchbruch der Wasserstoffzellentechnologie in Deutschland verzögern, beziehungsweise dem batteriebetriebenen Auto Vorschub leisten. Daimler-Mann Kohler nennt einen davon: "Das hat vielleicht ein bisschen was damit zu tun, dass die Möglichkeit, die Batterie zu Hause aufzuladen, besteht. Allerdings dann mit sehr, sehr langen Ladezeiten, also dann über Stunden hinweg. Aber trotzdem kann das ein Argument sein."
    Für die Brennstoffzellenautos gibt es in Deutschland noch keine Tankstelleninfrastruktur. Das ist aus Sicht der Industrie und der NOW einer der Gründe, warum in anderen Ländern wie den USA, Japan oder Korea schon mehr mit Wasserstoff gefahren wird. Denn dass Deutschland im Feld der Entwicklung hinterher sei, das will weder die NOW noch Daimler so stehen lassen. Allerdings gibt es aus Asien nun den ersten Mittelklassewagen, der in Großserie produziert wird. Der Toyota Mirai wurde erst 2014 vorgestellt. Das Unternehmen hatte mit 400 Autos pro Jahr gerechnet. 1.500 sollen nun schon bestellt worden sein. Dort gibt es andere Rahmenbedingungen für die Brennstoffzellentechnologie in Fahrzeugen.
    "Asien, aber auch insbesondere die USA sind auf der regulativen Seite insofern einen Schritt weiter, als dass es dort Zusagen der Politik gibt, öffentliche Infrastruktur für Wasserstofffahrzeuge auch tatsächlich zu unterstützen."
    Laut Klaus Bonhoff seien die Kosten ein weiterer Faktor in Deutschland.
    "Die Autos sind noch zu teuer. Und deswegen ist es jetzt eben auch wichtig, dass man relativ schnell mit Fahrzeugen in den Markt kommt, um über höhere Stückzahlen die Kosten auch zu senken."
    Nationales Innovationsprogramm stellt bis 2016 einen Zehn-Jahres-Plan
    In Asien und auch in den USA gibt es hingegen ein Kauf-Anreizsystem. Wer zum Beispiel in Japan den neuen Toyota kauft, bekommt eine Förderung von rund 14.000 Euro. Solche Versprechen will die deutsche Politik nicht machen. Hier arbeiten Politik und Industrie eng zusammen, was die Brennstoffzellentechnologie betrifft. Vonseiten der Bundesregierung gibt es dafür die NOW, deren Geschäftsführer Klaus Bonhoff ist. Die Gesellschaft koordiniert wiederum das NIP, das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Ein Zehn-Jahres-Plan bis 2016, der mit Geld aus verschiedenen Töpfen finanziert wird.
    "Insgesamt steht ein Volumen für Forschung und Entwicklungsvorhaben von 1,4 Milliarden Euro zur Verfügung", so Bonnhoff.
    Im Detail heißt das: 500 Millionen Euro vom Verkehrsministerium, 200 Millionen Euro vom Bundeswirtschaftsministerium und 700 Millionen Euro vonseiten der Industrie. In dieser Summe ist auch das Geld enthalten, um die Tankstelleninfrastruktur anzuschieben. Noch in diesem Jahr sollen 50 Wasserstofftankstellen zur Verfügung stehen.
    "Der nächste Schritt, der weitere Hochlauf von Tankstellen, sollte dann auch weiterhin in einer gemeinschaftlichen Aktivität von öffentlichen und privaten Akteuren stattfinden. Da sind wir heute noch nicht so weit hier in Deutschland, dass wir die feste Zusage haben", bemängelt Bonhoff.
    Damit bezieht er sich vor allem auf die Politik. Denn das NIP läuft 2016 aus. Eine Weiterführung des Programms, wie Bonhoff sie gerne hätte, ist noch nicht fest beschlossen. Fragt man im Verkehrsministerium nach, scheint dem aber nichts im Wege zu stehen.
    Zumindest nach den Worten von Verkehrsminister Dobrindt: "Wir sind deswegen in Gespräch mit der Industrie. Unser Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in eine Fortführung zu bringen. Jetzt geht es zum einen darum, die Infrastruktur aufzubauen und zum anderen in die Weiterentwicklung dieser Technologie zu investieren."
    Eine Million Elektrofahrzeuge bis 2020
    Die Industrie hat schon weitergehende Ziele. Eine Partnerschaft zwischen Autobauern und Kraftstoffherstellern mit dem Namen H2 Mobility will etwa 400 Tankstellen bis zum Jahr 2023 einrichten. Auf der anderen Seite stehen die gesetzlichen Rahmenbedingungen. Eine Million Elektrofahrzeuge bis 2020, lautet das erklärte Ziel. Welche Autos darunterfallen, ist im ersten Teil des Elektromobilitätsgesetzes festgelegt.
    "Wir sagen sehr klar: Alles was bei uns unter alternativen Antrieben im Bereich Elektroantrieben zu verstehen ist, ist reiner Elektroantrieb, ist Hybridantrieb mit Plug-In-Hybrid oder ist auch Brennstoffzellentechnologie. Das heißt, dass wir technologieoffen jegliche Entwicklung im alternativen Antrieb fördern und unterstützen wollen", erklärt der Bundesverkehrsminister.
    Sein Ressort hat das Gesetz zusammen mit dem Bundesumweltministerium ausgearbeitet. Schon in der ersten Lesung im Bundestag im vergangenen Herbst, bevor das Gesetz in die zuständigen Ausschüsse überwiesen wurde, wurde allerdings deutlich: Es reicht den Parlamentariern nicht aus. Sie wollen finanzielle Anreize für den Kauf des Elektrofahrzeuges. Zum Beispiel über Sonderabschreibungen oder günstige Kredite. Etwas, das nicht überraschend auch in der Industrie so gesehen wird. Bei der Entwicklung und der Forschung sei die Unterstützung gut, räumt Herbert Kohler von Daimler ein: "Wir würden uns ergänzend dazu Programme wünschen, die die Markteinführung weiter stimulieren."
    Das neue Elektroauto von BMW. Bis 2020 soll es eine Millionen Elektrofahrzeuge geben.
    Das neue Elektroauto von BMW. Bis 2020 soll es eine Millionen Elektrofahrzeuge geben. (picture alliance / dpa / Gerry Penny)
    Kosten im Griff halten
    Als Beispiel nennt er Japan, die monetären Anreize, die es dort für Kunden, beim Kauf eines Brennstoffzellenautos gibt, hätte man in Deutschland auch gerne, sagt Kohler. Aus Sicht der Industrie ist das nachvollziehbar. Denn sie investiert im Moment viel Geld, mit dem Wissen, dass der Gewinn zunächst überschaubar bleiben wird.
    Kohler: "Wenn neue Antriebssysteme auf den Markt kommen, gilt es, die Kosten einigermaßen im Griff zu halten. Man wird kein Geld dabei verdienen. Aber das hat zu tun mit Vorsorge der nächsten und übernächsten Generation. Also insofern ist das mit Blick auf die Zukunft die Technologie, die wir in der Mobilität anwenden wollen und können. Das Thema Wirtschaftlichkeit steht da nicht im Vordergrund."
    Natürlich ist es aber auch so, dass mit Blick auf die Zukunft klar ist: Aus Erdöl gewonnene Kraftstoffe werden nicht ewig zu bekommen sein. Wer jetzt aber schon die Nase bei anderen Technologien vorne hat, der kann auch einen Wettbewerbsvorteil haben. Ohne diese Aussicht würde die Industrie kaum hohe Summen in die Hand nehmen. Sollte sich der Wasserstoff als Antriebsstoff durchsetzen, bleibt eine Frage, an der die tatsächliche Umweltfreundlichkeit der Technologie hängt: Wo kommt der Wasserstoff her? Denn er existiert nicht als reiner Stoff in der Natur, muss also hergestellt bzw. gewonnen werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten: Als Produkt der fossilen Energieträger, wie Erdgas, wird er als schwarzer Wasserstoff bezeichnet. Optimal wäre eine Herstellung durch erneuerbare Energien. Das heißt, dass durch Strom aus Wind oder Sonne Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Power to Gas heißt das im Fachjargon und wird meist vor allem als Speichertechnologie für den Stromsektor gesehen. Also, wenn zu viel Strom aus Wind und Sonne im Netz ist, könnte er über Wasserstoff gespeichert werden. Bonhoff sieht in dieser Technik eine Notwendigkeit, um erneuerbare Energien für die Kraftstoffgewinnung zu nutzen. "Wenn wir also aus Strom, aus Wind oder Fotovoltaik Wasserstoff erzeugen und diesen im Verkehrssektor nutzen, ist das eine Voraussetzung dafür, die Ziele für den Verkehrssektor zu erreichen: CO2-Redukution minus 80 Prozent bis 2050, die Einhaltung von Bioquoten zum Beispiel im Kraftstoffsektor."
    Bedenken bei der Wasserstoffherstellung
    Der BUND sieht es zwar auch als sinnvoll an, wenn der Strom rein aus erneuerbaren Energieträgern kommt, Jens Hilgenberg hat allerdings trotzdem Bedenken: "Wir haben das Problem, wenn wir eine Anlage bauen zur Herstellung von Wasserstoff, dann muss die sich ja auch rechnen. Die wird dann rund um die Uhr laufen, egal wo der Strom herkommt. Und wenn wir dann gerade zu viel Kohle- oder Atomstrom im Netz haben, dann wird der Wasserstoff auch aus Kohle- oder Atomstrom produziert werden."
    Problematisch sind bei der Wasserstoffherstellung auch die hohen Umwandlungsverluste: Viel Energie entweicht. Eine weitere Baustelle, die es aufzuheben gilt, wenn die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie tatsächlich nicht mehr nach einem Liebhaberthema klingen soll. 2020 ist eine Zielmarke, die sich Industrie und Politik gesetzt haben. Dann soll die Industrie möglichst ohne Stützräder vorankommen und sich die Produktion solcher Fahrzeuge lohnen.