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.

Die Brennstoffzellenantrieb ist auf dem Autogipfel im Kanzleramt stiefmütterlich behandelt worden, kritisieren der Verband der Ingenieure (VDI) und der Verband der Elektrotechnik (VDE). Sie fordern eine technologieoffene Diskussion - und einen raschen Ausbau des Netzes von Wasserstoff-Tankstellen. Wasserstoff

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.

Gefällige wie seltene Erscheinung
Der Hyundai Nexo ist mit einem Basispreis von 69.000 Euro recht günstig für ein Auto mit Brennstoffzellenantrieb. Wer ihn kaufen möchte, braucht allerdings Geduld: Die Lieferzeit liegt bei einem Jahr.
© Copyright Hyundai

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.

Handverlesene Kundschaft
Linde-Vorstand Christian Bruch (rechts) zählt zu den ersten Fahrern des Mercedes GLC Fuel Cell. Daimler-Manager Christian Mohrdieck übergab das Auto persönlich.
© Copyright Daimler

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 die Elektrochemiegruppe von Heraeus Precious Metals um Christian Gebauer will die Brennstoffzelle auf ein neues Level bringen. „An der Membran reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander und erzeugen Strom – wenn wir die Reaktionsrate hier mit verbessertem Katalysatormaterial steigern können, nimmt auch die Leistung der Brennstoffzelle zu.“ Mit verbesserten Elektroden könne man die Zelle ohne Leistungseinbußen deutlich kleiner bauen, was wieder Kosten spart. Zusammen mit dem Skaleneffekt können die Kosten für die Brennstoffzelle langfristig um den Faktor zehn bis 20 runtergebracht werden, glaubt Gebauer.

Mut zum Anderssein
Der Toyota Mirai war das ersten Serienauto mit Brennstoffzellenantrieb. Der Basispreis liegt bei 78.600 Euro – müsste aber eigentlich deutlich teurer sein. Für Toyota ist das Modell derzeit noch ein Zuschussgeschäft – und Imageträger.
© Copyright Toyota

Aber selbst wenn Mohrdieck, Gebauer 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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2 Kommentare

  1. Avatar

    Wasserstoff ist eine der besten Lösungen die wir haben – für Schwerlast, die Industrie, den stationären Bereich, vielleicht auch für Schiffe und Flugzeuge.

    Für den PKW Bereich haben wir leider nicht die Menge an Energie zu verschenken, die eine bundesweite Flotte benötigen würde.

    Schauen wir uns das an:
    – Elektrolyse am Windpark ca. 40-50% Verlust;
    – Verdichtung für den Transport ca. 10-15% Verlust; (Verflüssigung ca. 40 bis 45% Verlust);
    -Transport und Lagerung ca. 5 % Verlust;
    – an der Tankstelle Hochdruckkompression auf 1050 bar für den Ladevorgang auf 700 bar und Tiefkühlung für den Injektionsvorgang mit ca. 30-50% Verlust, je nach Tankstelle.
    – Rückverstromung mittels Brennstoffzellensystem im PKW ca. 45 bis 55% Verlust je nach Betriebspunkt,
    – Spannungsstabilisierung mittels DC/DC-Steller ca. 5% Verlust

    Insgesamt ist der Wirkungsgrad vom Windrad bis zum E-Motor im Auto ca. 15 bis 19%.
    Ein Batteriefahrzeug erreicht 70-75%.
    Was bedeutet das?
    Für den deutschen Verkehrssektor, der derzeit etwa 770 TWh/Jahr benötigt und bei dem Benzin und Diesel in Aggregaten mit 20-25% Wirkungsgrad verbrannt werden, würde man wegen des schlechteren Wirkungsgrads der H2-Kette an die 1000 TWh benötigen.
    Für die rein elektrische Lösung ohne den Umweg über H2 sind das 150-200 TWh.
    Wer erzählt den Leuten im Land dann, dass Wasserstoff zwar toll ist – wir aber leider 5x soviele Windräder dafür brauchen?

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  2. Avatar

    Ohje. PR und Lobbyismus pur.

    Wie sieht die jetzige Welt energetisch aus?

    Wenige große Konzerne fördern, verarbeiten und liefern die fossilen Öl, Gas, Kohle, Heizöl, Benzin, Diesel und daraus hergestellten Strom und Wärme. Alleine im weltweiten Transport- und Verkehrssektor werden jeden Tag 2500 bis 3000 Millionen USD mit Öl eingenommen. Im Jahr 1 Million Million USD mit hohen Gewinnen die an wenige Firmen und Individuen gehen. Vattenfall ist mit extrem schmutziger und giftiger Braunkohle auch dabei.

    Was ist die Horrorvision von BigOil, Gas und Kohle? Dass die Welt in absehbarer Zeit auf 100% Erneuerbare Energien umgestellt wird. Der Transportsektor verbraucht derzeit täglich 60% des gesamten Öls. Mit jetziger Technologie aus LiIon, Eisen-Batterien, Elektromotoren, Stromnetzen, Oberleitungen, lokalen Solarpanels oder großen Solar- und Windparks wäre innerhalb von sagen wir 10, maximal 20 Jahren der komplette Fuhrpark von Autos, Lastwagen, Bussen, Eisenbahnen, Schiffen auf 100% erneuerbaren Antrieb umstellbar – wenn wir alle wollen. Flugzeuge sind schwieriger zu bewerkstelligen, vor allem große.

    Aber halten wir fest: Jetzt schon sind PKWs problemlos vom Verbrauchen und Verbrennen von Öl oder Gas auf das Laden und Entladen von Batterien umstellbar. Eine ganze reihe Leute Laden schon tägkich ihre Autos aus der eigenen Solaranlage.

    Kommen wir zum Horror der jetzigen Energieversorger zurück oder sollen wir sie lieber Fossil-Dealer nennen?

    Wie können sie ihr Geschäftsmodell ala Lampenöl (Rockefeller und Standard-Oil) oder Druckertinte möglichst lange verteidigen?

    Die Optionen sind vielfältig:
    – Die Leute verunsichern, ihnen Angst vor dem Wechsel machen – passiert täglich in den Medien.
    – Ihre Entscheidungen zum Wechsel möglichst lange hinauszögern – passiert täglich
    – mit den märchenhaften täglichen Summen die Politik und die öffentliche Meinung beeinflussen und kaufen – passiert täglich
    – Pseudoalternativen wie „noch bessere Wasserstoffautos“ anbieten

    Zurück zum Wasserstoffauto vs Elektroauto. Sowohl Batterien als auch Wasserstoff sind einfach Energiespeicher. Das Wasserstoffauto hat sogar immer auch eine LiI8n Batterie dabei weil die Brennstoffzelle zu schwach ist. Beim EV geht der Strom über die Stromleitung direkt in den Akku des EV. Beim Wasserstoffauto liegen dazwischen die extrem ineffizienten Schritte Aufspaltung Wasser in Wasserstoff, Hochdruckkompression, Lagerung, Transport mit Gefahrgutlastwagen, Lagerung in Tankstelle, Hochdruckverdichtung auf 700 Bar vor dem Tanken, Stromerzeuhung in der Brennstoffzelle, und wieder Laden der lokalen Batterie.

    Mit der Gesamtstrommenge, mit der ein Wasserstoffauto 100 km weit kommt, fährt ein aktuelles batterieelektrisches Fahrzeug 400 km.

    Außerdem: Strom aus Windrädern, der nicht gebraucht wird? Hallo? Den kann man genauso direkt in Autobatterien speichern als über einen komplexen, extrem verlustbehafteten, gefährlichen Umweg.

    Ach so: hier auf dieser Publikation würde neulich der Audichef damit zitiert, dass ein aktuelles Brennstoffzellenfahrzeug wegen all der Gold und Platins und mehr 10x soviel kostet wie ein vergleichbares EV.

    Warum also wollen uns Autofirmen, Ölfirmen, Kohlefirmen so vehement seit 20 Jahren immer wieder erzählen, dass Wasserstoff ganz toll wäre?

    Ja, erstens als ewig vor die Nase gehalten „bald verfügbare umweltfreundliche“ Rübe. Und zweitens weil man nur bei Wasserstoff die Chance sieht, weiterhin „Lampenöl und Druckertinte“ für 1 Million Million USD im Jahr verkaufen zu können.

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