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Wasserstoffantrieb:Zoff um die Zellen

Ende 2014 zeigte Audi erstmals den A7 Sportback h-tron quattro. Der Studie folgte kein Serienmodell. Auf der IAA im Herbst könnte der nächste Appetitmacher stehen.

(Foto: Audi)

Brennstoffzellen sind der bessere Elektroantrieb für die Langstrecke. Doch die deutsche Autoindustrie kämpft mit den Tücken der Technik und hat dabei ihren Vorsprung verspielt.

Die Brennstoffzelle und die deutschen Autohersteller? Eine traurige Geschichte; Paartherapeuten würden von einer On-off-Beziehung sprechen. Dauerstress und unklare Zukunftsaussichten sind typische Symptome der wechselwarmen Partnerschaft. Auch der Automobilverband VDA bleibt reserviert: In China gebe es keine nennenswerten Stückzahlen, das Wachstum in den USA als dem größten Markt sei genauso zum Erliegen gekommen wie im Pionierland Japan. "Einzig in Korea gibt es momentan aufgrund eines Modells eines koreanischen Herstellers eine hohe Dynamik", so ein VDA-Sprecher.

Ein Land, ein Hersteller, ein Modell? All das spricht gegen die Wasserstoffzukunft. Seit 2010 seien weniger als 15 000 Brennstoffzellen-Pkws weltweit zugelassen worden, rechnet der VDA vor. Bei einem Pkw-Bestand von über einer Milliarde Fahrzeuge seien das weniger als 0,0015 Prozent. Thema durch.

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Ganz anders klingt die Geschichte aus dem Mund von Detlef Stolten: "Ich kann nur sagen: Momentan ist Asien ganz vorne und die deutsche Autoindustrie verschläft die Brennstoffzelle." Der Leiter des Instituts für Elektrochemische Verfahrenstechnik im Forschungszentrum Jülich ist beruflich regelmäßig in Korea. Dass Hyundai die Jahresproduktion des alternativen Antriebs bis 2030 auf 700 000 Stück hochfahren will, hält er für glaubwürdig. Laut der Nachrichtenagentur Bloomberg lässt sich Hyundai das Wasserstoffprojekt etwa sechs Milliarden Euro kosten. "Toyota und Hyundai fahren die Jahresproduktion momentan auf 10 000 Stück hoch. Die Fabriken werden gerade in Betrieb genommen", berichtet Stolten, "dadurch sinken die Kosten pro Fahrzeug erheblich. Bei 100 000 Stück wird die Brennstoffzelle ungefähr um den Faktor zehn günstiger als bei den heutigen Kleinserien."

Auch Hyundai-Partner Audi arbeitet an der sechsten Technologie-Generation. Ergebnis bis dato: einige Messestudien und viele schöne Vorstandsreden. "Brennstoffzellen-Hybride könnten schneller eine wichtige Rolle beim Erreichen der Flottenziele spielen, als viele glauben", raunt Audis neuer Entwicklungschef im Gespräch mit der Automobilwoche. Ob das, kurz vor der IAA in Frankfurt, als Ankündigung eines Serienmodells zu verstehen ist, sagt Hans-Joachim Rothenpieler nicht.

Fakt ist, dass Audi im Volkswagen-Konzern die Entwicklungsverantwortung für die Brennstoffzelle trägt. Eine Kleinserie des Audi h-tron wird gerade aufgebaut, die Erprobungsfahrten sollen dieses Jahr beginnen. Ein Serienstart wäre aber - wie bei Mercedes - nicht vor 2023 machbar. Auf der IAA wollen Porsche mit dem neuen Taycan und VW mit dem ID 3 eine Breitseite gegen Tesla feuern. Fraglich, ob die nächste Wasserstoff-Studie von Audi da mithalten kann.

Seit Jahrzehnten lassen sich die deutschen Autohersteller mit Fördermillionen für die Brennstoffzelle zum Jagen tragen. Bald ist es wieder soweit: Im Herbst wollen das Forschungs-, Wirtschafts- und Verkehrsministerium eine große Wasserstoffinitiative starten. Die Technologie biete enorme Potenziale, sagt Wirtschaftsminister Peter Altmaier, deutsche Unternehmen seien bei der Elektrolyse weltweit führend. Laut EU-Kommission könnten bis 2050 in der Wasserstoffindustrie 5,4 Millionen Arbeitsplätze und ein Jahresumsatz von 800 Milliarden Euro entstehen. Die Autohersteller betreiben zwar kaum Elektrolyse, bringen sich für die Fördergelder aber schon mal in Position.

In Japan hat die Wasserstoffzukunft dagegen schon begonnen. Über eine Viertelmillion stationäre Brennstoffzellen liefern dort als Minikraftwerke selbst im Fall von Naturkatastrophen Wärme und Strom. Zudem wollen Toyota und Honda die Olympischen Spiele 2020 nutzen, um die volle Bandbreite des klimaneutralen Transports zu zeigen. Toyota hat angekündigt, künftig auch Brennstoffzellentechnik an die BAIC Group zu liefern. Damit wollen die Japaner endlich auf fünfstellige Stückzahlen kommen. Das Interesse der Chinesen ist groß, weil sie eine Antriebsalternative für dieselgetriebene Lkws und Busse suchen. Bis 2030 will die Zentralregierung mindestens tausend Wasserstofftankstellen errichten lassen. Was in dem Riesenland allerdings nur für ein Dutzend Wirtschaftszentren reicht.

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Nutzfahrzeuge werden weltweit zum Treiber für den Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur. Andernfalls bräuchten sie tonnenschwere Batteriepakete, um ihre Klimaziele zu erreichen. Nach langem Zaudern steigt auch der weltgrößte Zulieferer Bosch in die Brennstoffzellenproduktion ein. Pilotkunde ist das US-Start-up Nikkola, das die Technik 2022 in Lkws einsetzen will. Bis 2030 werden nach Bosch-Schätzungen bis zu 20 Prozent aller Elektrofahrzeuge weltweit mit Brennstoffzellen angetrieben.

Langfristig sieht der Zulieferer ein Geschäftspotenzial in Milliardenhöhe. Tatsächlich kämpfen Forscher bei Bosch und Daimler seit einem Vierteljahrhundert mit den Tücken der Technik. Knackpunkte waren die Kaltstartfähigkeit, die teuren Hochdrucktanks, vor allem aber die Membran-Elektroden-Einheit: Wie kann man etwas industriell fertigen, das den Durchmesser eines menschlichen Haares hat und empfindlich wie eine Primadonna ist? Solange die Membran undurchlässig für Gase bleibt, verhindert sie eine unkontrollierte Knallgasreaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Luftsauerstoff. Mittlerweile hat sich bei Mercedes und Audi die Erkenntnis durchgesetzt, dass man dieses Herzstück des Antriebs nicht stressen darf. Deshalb spricht Rothenpieler von einer Hybrid-Lösung, die viel Fahrdynamik über eine starke Pufferbatterie abdeckt. Das macht den Antrieb aber weder leichter noch billiger.

Wasserstoffpionier Mercedes hatte 2016 eine fertige Serienlösung. Doch die Gelder wurden den EQ-Batterieautos zugeschlagen. Als Trostpreis durfte die Wasserstoff-Fraktion 3000 GLC F-Cell im Manufakturmodus bauen. Dabei waren die technischen Fortschritte beachtlich: "Die Brennstoffzelle ist in 25 Jahren bei gleicher Leistung zehn Mal kleiner geworden, die Leistungsdichte ist also um den Faktor zehn gestiegen. Gleichzeitig ist der Platingehalt um den Faktor zehn geringer geworden. Entsprechend sind die Kosten gesunken", sagt Professor Stolten der auch den Lehrstuhl für Brennstoffzellen an der RWTH Aachen innehat. "Vor allem ist die Lebensdauer auf 5000 Stunden gestiegen, die man für ein Autoleben mit 250 000 Kilometern braucht." Darin sieht Stolten den großen Vorteil der Brennstoffzelle: "Sie können Wasserstoff nicht nur schnell tanken, sondern haben auch eine lange Lebensdauer. Hyundai gibt 300 000 Kilometer Garantie auf den Nexo. Das kriegen sie auf keinen Verbrennungsmotor und erst recht nicht auf einen Batterieantrieb."

Für Mitte der nächsten Dekade sagt Stolten die Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellenfahrzeugen voraus. Dann sollen sie in der Gesamtkostenbetrachtung mit Batteriefahrzeugen für die Langstrecke gleichziehen. Denn nur eingefleischte Optimisten glauben, dass die Zellpreise weiter sinken werden, wenn die Nachfrage steigt. Bei Akkuzellen entfallen 70 Prozent der Kosten auf die teils raren Rohstoffe. Diese können kaum noch billiger, im Falle von Kobalt und Lithium aber rasant teurer werden. Brennstoffzellen würden die Abhängigkeit von wenigen Rohstoffen und Zelllieferanten (aus Asien) drastisch senken. Zumal sie sich als Kernkomponente in Autofabriken fertigen ließen.

Auch beim Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur gibt eine Studie des Forschungszentrums Jülich Entwarnung. Bis 2050 würde sie bei einer Marktdurchdringung von bis zu 20 Millionen Fahrzeugen 40 Milliarden Euro kosten - elf Milliarden weniger als die entsprechende Ladeinfrastruktur für reine Batteriefahrzeuge. Das sei aber konservativ gerechnet, betont Stolten, wahrscheinlich sei deutlich weniger Geld für die Versorgung mit nachhaltig erzeugtem Wasserstoff nötig: "14 Milliarden Euro beträgt die gesamte Investition für Pipelines. Das kann man auf ungefähr drei Milliarden reduzieren, wenn existente Pipelines umgewidmet werden." Derzeit nutzt noch ein Viertel der deutschen Haushaltskunden das niedrig-energetische L-Erdgas aus den Niederlanden. Weil sie bis 2030 auf H-Gas aus einem getrennten Netz umgestellt werden, wird ein erheblicher Teil des größten deutschen Transport- und Speichersystems frei: Eine Riesenchance für Wasserstoff - wenn die deutsche Industrie aufwacht.

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