Klaus Bonhoff ist der Geschäftsführer der Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie.

Wasserstoff und Wasserstoffantriebe führen in der aktuellen Diskussion um die Verkehrswende in Deutschland noch immer ein Nischendasein. Elektromobilität ist derzeit das angesagt Thema. Dabei ist die Wasserstofftechnologie ein Weg für die Verkehrswende in Deutschland und könnte sich neben der Elektromobilität etablieren. FAIReconomics sprach mit Dr. Klaus Bonhoff über das Thema „Zukunft der Wasserstoffmobilität. Klaus Bonhoff ist Geschäftsführer der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie.

Bei den Motoren spricht die Öffentlichkeit gern von Wasserstoffmotoren. Dabei gibt es dort doch einige Feinheiten zu beachten. Erklären Sie uns doch einmal den Unterschied zwischen einem Wasserstoffverbrennungsmotor und einem Brennstoffzellensystem.

Mobilität mit Wasserstoff ist vor allem Elektromobilität. Im Tank eines Pkw wird gasförmiger Wasserstoff bei hohem Druck gespeichert und dann in der Brennstoffzelle zu elektrischer Energie umgewandelt, die wiederum einen Elektromotor antreibt. Im Unterschied zu Batterieautos, die ihre Batterie extern an der Ladestation aufladen, gewinnt das Brennstoffzellenauto seinen Strom also direkt an Bord aus dem mitgeführten Wasserstoff. Der Wasserstoff reagiert im Inneren der Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus der Umgebung; übrig bleibt Wasser bzw. Wasserdampf.

Das Ziel ist es, den Wasserstoff aus grünem, erneuerbarem Strom herzustellen; so erreicht man CO2-freie Mobilität entlang der ganzen Kette. Bereits heute wird in Deutschland an knapp 40 öffentlichen Tankstellen Wasserstoff getankt, der zu mindestens zu 50 Prozent aus erneuerbaren Quellen hergestellt wurde.

Grundsätzlich kann der Wasserstoff auch in speziell hierfür adaptierten Verbrennungsmotoren genutzt werden. Dies ist allerdings mit deutlich geringeren Wirkungsgraden verbunden. Insofern ist der Einsatz von Wasserstoffverbrennungsmotoren nur bei Fahrzeugen, die nicht elektrifiziert werden können, eine Alternative. Der Antrieb ist in dem Fall wie ein Otto-Motor konzipiert, bei dem die chemische Energie des Wasserstoffs zunächst in Wärme-Energie verwandelt wird, bevor sie als mechanische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entstehen Stickoxide, wenn auch in geringerem Maße als bei Fahrzeugen mit fossilen Kraftstoffen.

Weltweit konzentrieren sich die Fahrzeughersteller neben der Batterie auf die Entwicklung und Serieneinführung von Brennstoffzellenantrieben.

Wie hoch sind die unterschiedlichen Wirkungsgrade der Motoren?

Im realen Pkw-Betrieb ist der Wirkungsgrad eines Brennstoffzellenantriebs systembedingt mehr als doppelt so hoch wie der eines Verbrennungsmotors. Während ein Otto-Motor im Alltag durchschnittlich einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 Prozent erreicht, liegt dieser Wert bei Dieselmotoren bei ca. 25 Prozent; durch Hybridisierung können bis zu 30 Prozent erreicht werden. Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellenfahrzeugen beträgt hingegen mehr als 50 Prozent.

Wo wird Ihrer Ansicht nach die Zukunft bei den Antrieben liegen?

Nachhaltige Mobilität erfordert emissionsfreie und damit elektrische Antriebe, die mit Energie auf der Basis von erneuerbaren Energien betrieben werden. Nur so lassen sich die Grenzwerte in Städten für Luftschadstoffe einhalten und nur so erreichen wir die Klimaziele, also langfristig die vollständige Dekarbonisierung des Verkehrs.

Die Elektromobilität ist also notwendig! 50 Prozent der gesamten Pkw-Flotte umfassen kleinere Fahrzeuge, also Modelle bis einschließlich der Kompaktklasse. Hier gibt es heute reine Batteriefahrzeuge als technisch reife Lösung. Alle Hersteller führen E-Modelle in ihrem Angebot, auch wenn die Kosten der Fahrzeuge noch nicht massentauglich sind. Die andere Hälfte der Pkw sind größere Fahrzeuge, die allerdings für 75 Prozent der gesamten CO2-Emissionen durch Pkw verantwortlich sind. Um diese Fahrzeugklassen zu elektrifizieren, brauchen wir Brennstoffzellenantriebe. Diese weisen aufgrund der Trennung von Energiespeicher (Wasserstofftank) und Energiewandler (Brennstoffzelle) bei größerem Energiebedarf eine höhere Energiedichte und geringere Kosten gegenüber reinen Batteriesystemen auf.

Wir brauchen also Elektromobilität mit Batterien und mit Brennstoffzellen. Beide Technologien ergänzen sich insbesondere bei größeren Fahrzeugen mit hohen Reichweiteanforderungen, d.h. also nicht nur beim Pkw sondern vor allem auch in den Bereichen des Personen- und des Schienennahverkehrs sowie in der Logistik. In der Konsequenz heißt dies auch, dass beide Infrastrukturen – Strom und Wasserstoff – ausgebaut werden müssen. Dazu hat sich die Bundesregierung im Nationalen Strategierahmen zur Erfüllung der EU-Richtlinie zum Aufbau von Infrastrukturen für alternative Kraftstoffe auch verpflichtet.

Kritiker entgegnen, dass bei Brennstoffzellensystemen die Kosten – bedingt auch durch den Einsatz von Platin in den Katalysatoren sehr hoch sind – was entgegnen sie denen?

Die Verwendung von Platin als Katalysator in Brennstoffzellen hat sich in den vergangenen Jahren bereits erheblich reduziert. Es ist absehbar, dass mit der nächsten Generation von Brennstoffzellenfahrzeugen die Platinmenge auf den Wert gesenkt wird, den man auch in Abgasnachbehandlungssystemen bei Verbrennungsmotoren benötigt. Die hohen Kosten von Brennstoffzellen liegen heute vor allem in der geringen Stückzahl der Produktion begründet. Brennstoffzellen-Fahrzeuge werden bislang in Kleinserien gefertigt und so gibt es keine Kostenvorteile durch Massenproduktion. Mit dem Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NIP wird in den nächsten Jahren sowohl die Kontinuität in Forschung und Entwicklung sichergestellt, aber auch die Marktaktivierung für technisch ausgereifte Produkte unterstützt. Hierbei spielt eine wettbewerbsfähige Zulieferindustrie eine entscheidende Rolle. Aktuell wird z.B. ein wegweisendes Projekt der Autoindustrie für die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands bei der Serienproduktion von Brennstoffzellen im NIP gefördert.

Die Wasserstoffherstellung macht ja nur dann Sinn, wenn sie aus erneuerbaren Energien erfolgt – mittels Elektrolyse durch Strom. Reichen die Kapazitäten aus um ein flächendeckendes Rollout hinzubekommen. Zumal ja die elektrisch gewonnene Energie aus den Renewables direkt in eine Batterie fließen kann….

Wasserstoff wird heute überwiegend mittels Reformierung von Methan (Erdgas) hergestellt. Bei Verwendung dieses Wasserstoffs liegen die Gesamt-CO2-Emissionen eines Brennstoffzellen-Pkw ca. 20 Prozent unter denen eines Dieselfahrzeugs. Aber natürlich ist es das Ziel, den Anteil von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien Schritt für Schritt zu steigern, um somit in der Gesamtkette – von der Quelle bis zum Rad – emissionsfrei zu sein. Tatsächlich müssen wir den Verkehr im Kontext des gesamten Energiesystems sehen. Bei dem notwendigen Ausbau von Wind- und Fotovoltaik-Anlagen bietet sich Wasserstoff aufgrund seiner hohen Speicherdichte als saisonaler Speicher an. Das bedeutet, der Wasserstoff kann unabhängig davon, ob gerade Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, als Energieträger genutzt werden – Produktion und Nutzung sind entkoppelt.

Von zentraler Bedeutung ist der Umbau der Energiewirtschaft insgesamt. Wasserstoff kann die Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr verbinden und ein effizientes, nachhaltiges und integriertes Energiesystem ermöglichen. Der Weg dorthin braucht Zeit und es gilt, unterschiedliche Interessen in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft miteinander zu vereinbaren.

Welche Szenarien sehen Sie für 2030 für die Wasserstoffmobilität?

Der Klimaschutzplan der Bundesregierung fordert eine Reduktion der CO2-Emissionen im Verkehr von ca. 40 Prozent bis 2030. Das kann nur erreicht werden, wenn dann ca. 40% der neu in den Verkehr gebrachten Pkw in Deutschland Elektroautos sind- mit Batterie und mit Brennstoffzellen. Das Wasserstofftankstellennetzwerk wird bis dahin gut ausgebaut sein – für eine vollständige Abdeckung Deutschlands sind gut 1.000 Tankstellen notwendig. Mit der H2 Mobility Deutschland GmbH & Co. KG haben wir eine Industriestruktur, mit der das vielzitierte Henne-Ei-Dilemma überwunden ist; die ersten 100 Standorte werden bis 2019 in Betrieb genommen.

Neben dem individuellen Personenverkehr auf der Straße werden wasserstoffbetriebene Fahrzeuge in allen Bereichen der Mobilität unterwegs sein – Im Güterverkehr, auf Schienen, im ÖPNV, an Flughäfen und Häfen sowie auf hoher See.

Die Bedeutung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie wird insgesamt weiter wachsen, da eine nachhaltige und emissionsarme Energieversorgung langfristig die Abkehr von fossilen Brennstoffen erfordert. Wasserstoff stellt dabei einen der wichtigsten Energieträger zwischen den Sektoren dar.

Über den Autor

Frank Tetzel ist Chefredakteur von FAIReconomics. Seine Schwerpunkte liegen auf den Themen: Energie, Mobilität, Tourismus, Arbeit und Stadt der Zukunft.

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