Finale Vorbereitungen

Schon vor mehr als zehn Jahren klang es in der Automobilwelt so, als ob die Brennstoffzelle als Antriebstechnik bald ihren Durchbruch feiern würde. Der Stand heute sieht folgendermaßen aus: Die Clean Energy Partnership (CEP), eine Initiative von Politik und Industrie, bereitet in Deutschland federführend die Markteinführung von Brennstoffzellenfahrzeugen vor. Aktuell befindet sich das Projekt in der finalen Phase, die 2016 in der Marktvorbereitung enden soll. Zwei Brennstoffzellen-Serienfahrzeuge unterstützen die Zielsetzung: Der Hyundai ix35 Fuel Cell ist aktuell schon in Deutschland erhältlich, der Toyota Mirai steht seit Kurzem in Japan im Handel und soll ab September 2015 in Deutschland zu kaufen sein. Honda und General Motors kündigten Serienfahrzeuge für 2016 an, Ford und Nissan sowie Mercedes-Benz mit der B-Klasse F-Cell wollen ein Jahr später folgen.

Während vor zehn Jahren nahezu jeder Hersteller sein Konzeptfahrzeug beziehungsweise seinen Prototyp in den Medien vorstellte, ist es heute insgesamt stiller um die brennstoffzellengetriebenen Fahrzeuge geworden. Dennoch betreiben die Automobilhersteller ihre Forschung beharrlich weiter, nur mit weniger Außenwirkung. Man erkannte, dass andere Lösungen mit früherer Marktreife realistischer waren, und förderte die Entwicklung insbesondere der Elektro- und Plug-in-Hybrid-Modelle. Durch Zusammenschlüsse in den Bereichen Forschung und Entwicklung ergeben sich Synergien, auch lassen sich Kosten sparen. Also hat sich BMW mit Toyota zusammengetan, GM mit Honda und Mercedes-Benz kooperiert mit Ford und Nissan. Der Volkswagen Konzern betreibt seine Forschung und Entwicklung in Eigenregie. Vor Kurzem vermeldete die Tochter Audi den Kauf von Patenten des Entwicklungspartners Ballard Power für den Antrieb mit Brennstoffzellentechnik.

Brennstoffzellenantrieb für Fahrzeuge hört sich nach einem überzeugenden Konzept an: Er ist leise, umweltfreundlich, funktioniert unabhängig von Erdöl und hat einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad von 65 Prozent in Relation zum Dieselmotor, welcher auf etwa 30 bis 40 Prozent kommt. In einer Anordnung von Brennstoffzellen, dem sogenannten Stack mit 200 bis 400 Brennstoffzellen, wird – vereinfacht beschrieben – Wasserstoff und Sauerstoff in einer elektrochemischen Reaktion in Energie und Wasserdampf umgewandelt. Diese Energie erzeugt eine Systemspannung von über 200 Volt, die dann den Elektromotor speist. Überschüssige Energie wird in einer Lithium-Ionen-Batterie zwischengespeichert, als Abfallprodukt kommt Wasserdampf aus dem Auspuff. Der Treibstoff Wasserstoff wird in Druckgasbehältern aus unter anderem Kunststoff und Kohlefaser gespeichert. In den letzten Jahren hat die Entwicklung enorme Fortschritte gemacht, sodass Wasserstoff mit immer höherem Druck in immer leichteren Behältern untergebracht werden kann. Der Wasserstofftank des Hyundai ix35 Fuel Cell hält beispielsweise bis zu 700 bar Druck aus und fasst 144 Liter beziehungsweise 5,64 Kilogramm. So lassen sich alltagstaugliche Reichweiten von bis zu 600 Kilometer realisieren. Das Leergewicht des Brennstoffzellenfahrzeugs liegt nur rund 200 Kilogramm über dem des vergleichbaren dieselgetriebenen Modells.

Ein weiterer Forschungs- und Entwicklungsschritt betrifft die Produktionskosten. Der Hyundai kostet in Deutschland rund 54.622 Euro netto, der Toyota Mirai soll bei 66.000 Euro netto liegen. Die Produktionszahlen, die Toyota bis 2016 schrittweise erhöht, belaufen sich für dieses Jahr auf 700 und bis 2016 auf 3.000 Stück. Damit betritt der japanische Hersteller den Bereich der Serienproduktion, während Hyundai eine Kleinserienproduktion betreibt. Natürlich sinken die Kosten, wenn mehr Fahrzeuge vom Band laufen. Aber auch schon im Laufe der letzten Jahre konnten die Fahrzeughersteller die Kosten für bestimmte Module der Prototypen senken, wie der Deutsche Wasserstoff- und Brennstoffzellen- Verband e. V. im Januar 2014 mitteilte. So sank der Platinbedarf der Brennstoffzellen von 80 Gramm beim 2007 entwickelten HydroGen4 von General Motors bis heute bereits um die Hälfte, wenn man ein vergleichbares System konstruieren würde. Für 2020 rechnet man mit einem Bedarf von 15 Gramm und bei einer Kommerzialisierung im großen Maßstab mit weniger als 10 Gramm. Das bedeutet bei gleichbleibenden Rohstoffpreisen eine Senkung von 1.000 bis 1.500 Euro heute auf maximal 300 bis 350 Euro. Aber in einer Brennstoffzelle stecken noch andere Hightechmaterialien, angefangen von den Membranen bis hin zu den Bipolarplatten, die ebenfalls für den noch hohen Gesamtpreis verantwortlich sind und erst in einer Massenproduktion wesentlich billiger werden. Die Forschung für Alternativen, die ohne die teuren und zudem auch noch seltenen Rohstoffe auskommen, läuft auf Hochtouren.

Ein wichtiger Schritt in Richtung einer erfolgreichen Einführung von immer mehr Serienmodellen betrifft die Versorgungsinfrastruktur. Ein ausreichendes Netz an Wasserstofftankstellen muss die Versorgung mit Kraftstoff gewährleisten, damit der Nutzer die Alltagstauglichkeit des Fahrzeugkonzepts annimmt. Die CEP hat sich für die Einhaltung technischer Standards bei der Befüllkupplung wie auch dem gesamten Betankungsprozess eingesetzt und diese mit den Industriepartnern mit weltweiter Gültigkeit festgelegt. Der Tankvorgang selbst dauert etwa drei Minuten, ist mit dem Tanken von Erdgas vergleichbar und gilt als absolut sicher. Laut einer Absichtserklärung soll das Wasserstoff-Tankstellennetz in Deutschland bis Ende 2015 aus 50 Stationen bestehen, bis 2023 soll es auf 400 Stationen anwachsen. Wie die sonstigen Unterstützungsmaßnahmen vonseiten des Staates ausfallen, seien es Steuerbefreiung oder andere Vergünstigungen, die Kaufanreize darstellen, ist noch nicht bekannt. Sie werden aber vonnöten sein, um Hemmungen der potenziellen Kunden abzubauen. Als erste Kunden bieten sich wie so häufig Flottenbetreiber an, die einen großen Einfluss auf die Marktbereitung haben.

Die Umsetzung der Brennstoffzellentechnik für den Massenmarkt bleibt spannend. Nicht zuletzt, weil die Komponenten Wasserstoff als Energieträger und Brennstoffzelle als Energieproduzent auch abseits des Fahrzeugmarkts eine vielversprechende Perspektive für eine ressourcenschonende Energieversorgung der Zukunft aufzeigen.