Brennstoffzellentechnologie

28.03.2019

Alternative oder Auslaufmodell?


Aktuell setzt die Autoindustrie als Alternative zum Verbrennungsmotor vor allem auf batteriebetriebene Fahrzeuge und das Angebot an Modellen mit Elektroantrieb wächst rasant. Dennoch haben auch die Brennstoffzelle und „grüner Wasserstoff“ das Potenzial, neue Akzente in der zukünftigen, deutlich komplexeren Energieversorgung und der Elektromobilität zu setzen. 

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Die Betonung liegt auf „grüner Wasserstoff“, denn weltweit wird Wasserstoff noch zu 98 Prozent unter Einsatz fossiler Rohstoffe gewonnen. Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) werden über einen Elektromotor angetrieben, aber ihre Technik unterscheidet sich deutlich von rein batterieelektrischen Fahrzeugen. In der Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit Luftsauerstoff zu Wasser und erzeugt dabei elektrische Energie und Wärme. Die erzeugte elektrische Energie wird von einem Elektromotor genutzt, eine zusätzliche ca. 2 kWh Batterie dient zur Hybridisierung und zur Rückgewinnung von Bremsenergie. Der Vorteil von Brennstoffzellenfahrzeugen liegt im vollkommen emissionsfreien Fahren und schneller Betankung.


Serienreife Fuel-Cell-Fahrzeuge, PKW und LKW, bieten derzeit zwei asiatische Hersteller an, Mercedes Benz fährt den F-GLC als Versuchsflotte und ein Personenzug der niedersächsischen Landesnahverkehrsgesellschaft ist bereits im Linienverkehr mit dieser Technik unterwegs. Über den Stand der Entwicklung sprach TOP Magazin Redakteurin Sigrid Balke mit dem für Brennstoffzellen-
themen zuständigen, kommissarischen Leiter des Ulmer Geschäftsbereichs des Zentrums für Solarenergie- und Wasserstoff-Forschung, Dr. Ludwig Jörissen.


Das ZSW forscht im Bereich Batterien und Brennstoffzellen an Lösungen für Energiespeicherung, Konstruktion und Erprobung. „Treiber war und ist seit 1990 die Minimierung von Schadstoffen und das Ziel: null Emissionen. Derzeit befinden wir uns in einer Übergangszeit von der klassischen, klar strukturierten Energiewelt in eine erneuerbare Energiewelt. Die erneuerbaren Energien sind nicht beeinflussbar, aber weitgehend berechenbar, das lässt sich managen“, ist Dr. Jörissen überzeugt, und nennt das Schlagwort Smart Grid. „Die Herausforderung ist die Wirtschaftlichkeit. Vor diesem Hintergrund ist die Brennstoffzelle neben der Batterietechnologie und den so genannten E-Fuels, synthetisch hergestellten Kraftstoffen, ein Baustein der komplexen Energiewelt der Zukunft. Voraussetzung für die Brennstoffzelle ist jedoch eine Wasserstofferzeugung, die auf der Nutzung erneuerbarer Energien basiert.“


Um Wasser, H2O, in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen, wird Energie benötigt – ideal also, um kurzfristig überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien abzurufen, damit Wasserstoff zu erzeugen, und diesen anschließend als Langzeitenergiespeicher zu nutzen. Beispielsweise im Lagertank der geplanten Wasserstofftankstellen, deren Netz von derzeit 55 auf 100 bis zum Jahr 2020, und, bei entsprechender Nachfrage, bis 400 Tankstellen ausgebaut werden soll. „Eine Investition, die – ähnlich wie bei E-Fuels – deutlich geringer ist als für ein flächendeckendes Lade-Netz mit Elektroladestationen und entsprechenden Geschäftsmodellen. Für die Automobilindustrie entstehen dagegen höhere Kosten als bei der Umstellung auf Elektroantrieb, da die bestehenden Plattformen nur bedingt für die Integration eines Wasserstofftanks geeignet sind.“


Lange Zeit punktete die Brennstoffzellentechnologie gegenüber den E-Autos mit der höheren Reichweite und kürzeren Ladezeiten. „Seitdem sich die Lithium-Ionen-Batterie vom handgefertigten Labormuster zu einer verlässlichen Hochleistungsbatterie entwickelt hat, haben sich diese Vorteile angeglichen. Inzwischen ist die Entscheidung für eine der beiden Antriebsarten vergleichbar mit der Frage bei Verbrennungsmotoren: Diesel oder Benziner? Wirtschaftlich ist die Brennstoffzellentechnologie durch ihr geringeres Gewicht und ihre zwar häufigeren, aber schnellen Tankstopps vor allem bei größeren Fahrzeugen, die Lasten auf längeren Strecken transportieren. Batteriebetriebene E-Fahrzeuge eignen sich eher für kürzere Strecken und für den Personentransport.“ Und im Kostenvergleich? „Die neue Energiewelt gibt es nicht zum Nulltarif“, da ist sich Dr. Jörissen sicher, „aber die Unterschiede zwischen den Technologien sind unter Berücksichtigung aller Parameter letztendlich marginal. Entscheidend sind – neben der Klimaneutralität – der Verwendungszweck und der Nutzwert für die Fahrzeugbesitzer.“   


Fotos: Hyundai, Sigrid Balke

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