H2: Der Stoff für Träumer

H2: Der Stoff für Träumer

Noch sind nur wenige Wasserstoffautos auf unseren Straßen unterwegs. Obwohl sie sehr klimafreundlich sind. Warum eigentlich? Von einer Revolution an der Wartelinie.

Wasserstoff | Von Denis Dilba |

Tankkarte in den Slot schieben, Pin-code eintippen, den Hochdruckschlauch mit einem satten Klacken einkuppeln und den grünen Knopf an der Zapfsäule drücken. Schon sprudelt der Stoff, aus dem die Mobilitätsträume sind. Der Stopp hier an Wasserstofftankstelle HafenCity mitten zwischen altehrwürdigen Rotklinkerbauten und glitzernden Bürofassaden ist für Oliver Weinmann Ehrensache und Routine zugleich. Als Chef der Vattenfall Europe Innovation GmbH ist zum einen es sein Job, neue Produkte und Technologien rund um die Energieversorgung zu entwickeln und zu testen. Wie eben auch das futuristisch anmutende Versuchslabor mit spitz zulaufendem Flachdach zum Tanken für Wasserstoff. Klar, dass der schlanke Mittfünfziger dann auch wissen muss, wie sich das erste echte Serien-Wasserstoffauto an seiner Hightech-Zapfsäule so macht. Der promovierte Verfahrenstechniker und seine Kollegen waren mit die ersten, die den Toyota Mirai nach seinem Verkaufsstart vor zwei Jahren auf dem Hof stehen hatten.  

Zum anderen wäre hier ohne Weinmann noch weniger los als sowieso schon. Brennstoffzellenautos sind noch eine Rarität. In den drei bis fünf Minuten, die er warten muss bis der Tank voll ist, kann er also zeigen, dass die mögliche Zukunft der Mobilität schon da ist und tadellos funktioniert. „Wasserstoff tanken ist weder gefährlich oder kompliziert, noch dauert es länger als bei Diesel oder Benzin“, sagt Weinmann. Bis heute haben er und seine Kollegen gut 37.000 emissionsfreie Kilometer  mit ihrem Mirai  abgespult. Etwas über dem Durchschnitt, den das Kraftfahrtbundesamt (KBA) für das deutsche Durchschnittsauto im gleichen Zeitraum mit knapp 27.000 Kilometer angibt. Der Innovationsmanager kennt und mag auch das leise Zischen, wenn der Kompressor bei durchgedrücktem Gaspedal mehr Luft in die Brennstoffzelle pumpt. Weinmann ist auch mit dem Mirai gerne schnell unterwegs. Nicht nur in und um Hamburg, sondern auch auf dem Weg nach Berlin oder zuletzt nach Marburg.

Ans Ziel mit Umwegen

„Zugegeben“, sagt er, „da musste ich vorher schauen, wann und wo ich auftanken kann.“ Aber das sei heute problemlos mit einer App möglich und dauere auch nicht länger als das sowieso oft übliche planen per Google Maps und Co, so Weinmann. Ausgenommen ist der Weg nach Süddeutschland. „Man kommt schon hin, muss aber aktuell noch über das Ruhgebiet fahren, da es noch keine Wasserstofftankstelle an der A7 gibt.“ Das soll sich aber bis Ende des Jahres ändern. Ansonsten gab es im Alltag keine Probleme mit dem Fahrzeug: „Wir haben einmal die Scheibenwischerblätter getauscht, das war’s auch schon“, sagt der Innovationsmanager.

Für den einzelnen mag das schön sein, aber das volle Potenzial der Brennstoffzelle in der Mobilität zeigt sich erst bei einem Blick in die Zukunft unserer Energieversorgung. Wasserstoffautos könnten nämlich dafür sorgen, dass wir unsere selbstgesteckten Klimaziele wirklich erreichen und uns nicht noch mehr blamieren, als wir es aktuell tun: Bis 2020 wollte die Bundesregierung die CO2-Emissionen gegenüber dem Referenzwert von 1990 um mindestens 40 Prozent drücken, bis 2035 dann um 55 und 2050 schließlich um 80 Prozent. Dafür sorgen soll überschüssiger Strom aus Sonne und Wind. „Anstatt ihn an sonnigen und windigen Tagen einfach wegzuwerfen wie bisher, sollten wir den grünen Strom speichern und im Verkehr einsetzen“, sagt Vattenfall-Manager Weinmann. Lithium-Ionen-Akkus schaffen das einen Haushalt, rechnen sich allerdings nicht im großen volkswirtschaftlichen Stil.

Power-to-Gas-Anlagen hingegen schon. Sie spalten mit dem Plus an Ökostrom normales Wasser per Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff. Letzterer kann somit einfach im bestehenden Gasnetz  gespeichert werden. „Das ist zwar nicht so effizient, wie den Strom direkt in einer Batterie zu speichern und dann zu verbrauchen, aber eben heute schon technisch verfügbar“, sagt Weinmann. Der Power-to-Gas-Wasserstoff treibt dann  das Brennstoffzellenauto an: Fertig ist die emissionsfreie Mobilität ohne Reichweitenangst. Denn anders als reine Elektroautos, die selbst im Schnelllademodus mindestens eine halbe Stunde brauchen, bis der Akku voll ist, kommen Wasserstoffpiloten schon mit einem drei-minütigen Tankstopp deutlich weiter. Toyota verspricht für den Mirai bei vollem 700-bar-Hochdrucktank eine Reichweite von 560 Kilometern.

400 Kilometer in einem Rutsch

Weinmann muss da schmunzeln: „Wenn ich auf der Autobahn mit Tempo 140 bis 150 gut im Verkehr mitschwimme, komme ich mit dem Mirai etwas über 400 Kilometer weit.“ Er kenne aber ganz unabhängig von der Antriebsform kein Fahrzeug, das die Werte aus dem Prospekt ohne Dauer-Schleichfahrt erreicht. Die gilt insbesondere auch für die reinen Elektroautos:  Bei der gleichen Geschwindigkeit kommt die aktuelle Generation oft nicht viel weiter als 250 Kilometer. Und das auch nur im Sommer. Brennstoffzellen-Autos kennen das Problem nicht: „Bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht neben Strom und Wasserdampf automatisch auch eine relevante Menge Wärme“, erklärt Weinmann. Die Heizung kommt hier frei Haus und geht nicht zulasten der Reichweite. Trotzdem geht für Weinmann in der Stadt nichts an kleineren Elektroautos vorbei. „Wenn die Strecken kürzer sind, spielen Batterie und Elektromotor ihre bessere Effizienz aus.“ Das sieht auch Christian Mohrdieck, Leiter der Abteilung Brennstoffzelle bei Daimler, so: „Einen Smart könnte ich mir nie als Brennstoffzellenauto vorstellen“. Aber bei größeren und schwereren Fahrzeugen, die auch weiter und länger fahren sollen, habe der Wasserstoffantrieb sehr wahrscheinlich die Nase vorn, sagt der 57-jährige Physiker, der bereits seit 1999 an der Brennstoffzelle arbeitet. „Daher arbeiten wir auch weiterhin an Wasserstoffbussen.“

Hybrid mit Brennstoffzelle

Ebenfalls für die Brennstoffzelle prädestiniert sind wuchtige SUV, wie der Mercedes GLC F-Cell. In dem gut 65.000 Euro teuren Zweitonner ist allerdings zusätzlich zum chemischen Kleinkraftwerk und einem 4,4-Kilogramm-Wasserstofftank ein kleinerer Lithium-Ionen-Akku verbaut. Rund 50 Kilometer weit kommt man mit diesem Elektro-Range-Extender, verspricht Daimler. Mit dem Extra-Schub aus der Batterie ist man in jedem Fall einer der schnellsten beim Ampel-Sprint und muss auch dann noch kein Nachtlager am Straßenrand fürchten, wenn der Wasserstofftank auf Reserve steht. Das erste deutsche Plug-in-Hybrid mit Brennstoffzellenantrieb ist inzwischen in kleiner Stückzahl auf der Straße, wird unter anderem von handverlesenen Firmenkunden bei Linde und SAP getestet. Auch Weinmann freut sich schon auf eine Testfahrt und warnt vor einem Konkurrenzkampf Brennstoffzelle gegen Batterie. „Das hilft keinem. Die Technologien haben beide ihre Stärken und Schwächen und ergänzen sich ideal“, sagt der Innovationsmanager.

Seiner Einschätzung nach komme man nicht darum herum, die nötige Infrastruktur für beide Systeme parallel aufzubauen. „Die Superbatterie, die nicht zu groß, zu schwer und bezahlbar ist und mit der wir locker 500, 600 Kilometer unter allen Bedingungen fahren können, gibt es halt noch nicht – und ist trotz aller Fortschritte auch nicht absehbar“, sagt Weinmann. Und wenn sie Widererwarten doch kommen sollte, wäre das auch noch kein Tod für die Brennstoffzelle. Langzeitperformance, verminderte Leistung bei Frost und längere Ladezeiten werden auch so einen Superakku begleiten.

Aber auch wenn die Brennstoffzellentechnologie für lange Touren mit schweren Autos auf Autobahn und Landstraße wie geschaffen ist, zählt  das KBA hierzulande nur ganze 420 Brennstoffzellen-Autos. Wer Angebot, Preise und die spärliche Tankinfrastruktur begutachtet, wundert sich darüber nicht: Neben dem Toyota Mirai, der in Deutschland 78.600 Euro kostet und konsequenterweise nur verleast wird, ist regulär nur noch der Hyundai Nexo (Basispreis 69.000 Euro) am Markt. Hondas Clarity Fuel Cell, ein wie auch der Mirai und Hyundai ausgereiftes und alltagstaugliches Brennstoffzellenauto, wird in Europa gar nicht erst angeboten. Das bislang spärliche Wasserstofftankstellen-Netz in Deutschland tut dann sein Übriges, um den letzten abenteuerlichen Gedanken an einen Umstieg auf die Brennstoffzelle verfliegen zu lassen. Aktuell (Stand Mitte August) sind 74 Wasserstofftankstellen in Betrieb – wenn sie nicht gerade gewartet werden.

Henne-Ei-Problem

„Ehrlich gesagt, würde ich mir bei den Preisen privat auch noch kein Wasserstoffauto kaufen“, sagt Weinmann. Man stecke leider noch in einem klassischen Henne-Ei-Problem: Wenn keine Brennstoffzellenautos da sind, wird keine Infrastruktur für die Betankung aufgebaut, und wenn keine Infrastruktur für sie da ist, bleiben die Automobilhersteller zurückhaltend in der Produktion dieser Fahrzeuge. Womit wiederum deren Preise hoch bleiben, da kleine Stückzahlen keine kostenmindernden Skaleneffekte in der Produktion versprechen. Irgendwer in diesem Teufelskreislauf muss also den ersten Schritt machen, wenn sich wirklich etwas ändern soll.

Daimler-Mann Mohrdieck sieht drei Hauptansätze, um die Brennstoffzellen-Technik günstiger zu      machen. „Zunächst müssen wir die Standardisierung von Brennstoffzellen-Komponenten vorantreiben. Eine einheitliche und vereinfachte Bauweise ermöglicht höhere Stückzahlen zu bauen. Und dann kann man wiederum andere Fertigungstechnologien einsetzen, die die Produktion noch mal günstiger machen“, sagt Mohrdieck. Zum anderen könne man noch die verwendeten Technologien selbst verbessern – „etwa weiter versuchen, den Platingehalt der Brennstoffzelle bei gleicher Performance zu verringern und die Effizienz der Membrane verbessern“, sagt der Brennstoffzellenforscher, dessen geduldige und kontinuierliche Arbeit Früchte trägt: Die Zelle im GLC F-Cell braucht 90 Prozent weniger des raren Edelmetalls, ohne Leistungseinbußen. Auch Elektrochemiker Christoph Hartnig und seine Kollegen von Heraeus Fuel Cells aus Hanau wollen die Brennstoffzelle auf ein neues Level bringen. „An der Membrane reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander und erzeugen Strom – wenn wir die Reaktionsrate hier steigern können, nimmt auch die Leistung der Brennstoffzelle zu.“

Mit so einer verbesserten Membrane könne man die Zelle ohne Leistungseinbußen deutlich kleiner bauen, was wieder Kosten spart. Zusammen mit dem Skaleneffekt glaubt Hartnig, die Kosten für die Brennstoffzelle langfristig um den Faktor zehn bis 20 runterbringen zu können. Ehrgeiz und Können bringt der 45-jährige Hartnig jedenfalls mit: Der Forscher war zuvor am Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Ulm, der Brennstoffzellen-Kaderschmiede in Deutschland. Aber selbst wenn Mohrdieck, Hartnig und Co die Preise drücken können, braucht es für mehr Wasserstoffautos hierzulande kurz- bis mittelfristig eben deutlich mehr Wasserstofftankstellen aufgebaut werden.

Daran arbeiten Frank Belmer und Paul Karzel von Shell. Der britisch-niederländische Öl-Konzern hat sich 2015 mit den Branchenkollegen Total und OMV, Daimler und den beiden Gasproduzenten Linde und Air Liquide zum Gemeinschaftsunternehmen H2 Mobility zusammengeschlossen. Ihr Ziel: Unabhängig von der Entwicklung des Wasserstoffauto-Absatzes bis Anfang 2020 die ersten 100 Wasserstofftankstellen aufbauen. Die Tankstelle am Kölner Flughafen ist die erste Station, die aus der Kooperation hervorging. Den ersten Schritt weg vom Henne-Ei-Problem machen“, sagt Belmer. Denn genau wie die Brennstoffzelle ist auch die pro Station rund eine Million Euro teure Tanktechnik schon einsatzbereit, aber eben noch ein Verlustgeschäft.

Ein Tankvorgang pro Tag

An der Wasserstofftankstelle in der Hamburger Schnackenburgallee 12 kann man das gut beobachten. Anders als in der HafenCity muss man die H2-Säule hier fast ein bisschen suchen. Sie liegt im hinteren Teil der sonst herzlich normalen Shell-Tankstelle. „Durchschnittlich eine Wasserstoffbetankung pro Tag haben wir hier“, sagt Belmer, der die Station mitaufgebaut hat. „Groß rechnen, wieviel Umsatz wir hier machen, braucht keiner – aber ohne Tankstellen eben keine Wasserstoffautos“, sagt Belmer. Daher fördert die Bundesregierung mit dem Nationalen Innovationsprogramm Elektromobilität (NIP) auch die ersten 50 Wasserstofftankstellen in Deutschland. Wie es nach dem Aufbau der fix geplanten ersten 100 Stationen weitergeht, will H2 Mobility daher von der Entwicklung der Wasserstoffauto-Zulassungen abhängig machen. Läuft es gut, sollen bis  2023 schon rund 400 Stationen stehen.

Vor allem größere Wasserstoffauto-Flotten machen H2 Mobility aktuell optimistisch, dass die neuen Tankstellen schon bald besser ausgelastet werden: Mit dem im letzten Jahr in München gestarteten Carsharing-Unternehmen Beezero von Linde sind dort gleich 50 Hyundai ix35 mehr auf den Straßen. Und in Hamburg will der seit diesem September angebotene Ridesharing-Dienst CleverShuttle seine Flotte noch in diesem Jahr auf 20 Toyota Mirai aufstocken. Ein Anfang. Vattenfall-Innovationsmanager Weinmann kann sich „durchaus vorstellen, dass Brennstoffzelle und Batterie in Zukunft parallel und ganz ähnlich wie Diesel und Benziner heute genutzt werden.“ .

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