Toyota setzt weiter auf die Wasserstoff-Brennstoffzelle

Batterieelektrischer Antrieb für alle? Was im Pkw-Bereich bei vielen Pendlern funktioniert, bringt den europäischen Fern- und Schwerlastverkehr an die Belastungsgrenze. Beim Corporate Briefing in Brüssel zeigte Toyota auf, warum die Brennstoffzelle und vor allem tiefkalt verflüssigter Wasserstoff unverzichtbar sind, um Lkw-Flotten sauber zu bekommen und Stromnetze vor dem Kollaps zu bewahren. Im Gespräch mit edison.media erklärt Stephan Herbst, Technical Head für Wasserstoff und Brennstoffzellen bei Toyota Europe, warum die Branche jetzt umdenken muss – und weshalb Flüssigwasserstoff die Kosten an den Tankstellen drastisch senkt.

Wer die europäische Debatte über die Antriebswende verfolgt, gewinnt oft den Eindruck, das Rennen sei längst gelaufen: Das batterieelektrische Fahrzeug gilt weithin als die einzig denkbare Lösung. Doch je schwerer die Nutzfahrzeuge und je länger die gefahrenen Distanzen werden, desto deutlicher treten die physikalischen und infrastrukturellen Grenzen der reinen Batterielösung zutage.

Wie gewaltig die Dimensionen im Straßengüterverkehr tatsächlich sind, unterstrich Till Conrad, Leiter der Produktstrategie bei Toyota Europe, auf einem Strategie-Meeting in Brüssel mit einer bemerkenswerten Rechnung aus der Nutzfahrzeugbranche. Auf der IAA Transportation in Hannover hatte Daimler-Truck-Chefin Karin Rådström dargelegt, warum Batterien allein schwere Lkw nicht dekarbonisieren können. Rådström rechnete vor, dass die rund sechs Millionen Diesel-Lkw auf europäischen Straßen jedes Jahr etwa 60 Millionen Tonnen Dieselkraftstoff verbrauchen. Würde man diese gigantische Flotte vollständig auf batterieelektrische Antriebe umstellen, bräuchte man dafür rund 500 Terawattstunden Strom – was exakt dem gesamten Jahresstromverbrauch der Bundesrepublik Deutschland entspricht.

Genau an dieser Schnittstelle setzt Stephan Herbst an. Der technische Leiter für Brennstoffzellensysteme bei Toyota Europe räumte im Gespräch mit unserer Redaktion zunächst mit dem Mythos auf, Wasserstoff und Batterie stünden in einem unversöhnlichen Widerspruch zueinander. „Wenn ich das ganzheitlich denke, als Energiesystem, macht das einen Unterschied“, betonte der Volkswirt und Spezialist für ökologische Betriebswirtschaft. „Ich kann mit Wasserstoff eben das Energiesystem optimieren und eine weitere Lieferkette aufbauen. Wir können uns ja die Länder aussuchen, woher wir den Wasserstoff beziehen. Wir sind nicht darauf angewiesen, dass irgendwo ein Loch gebohrt wird und dann kommt Öl raus oder es kommt kein Öl raus. Wir können uns die Partner aussuchen und sind damit flexibler und langfristig resilienter.“

Flüssigwasserstoff macht die Sache einfacher und billiger

Auf die Frage, wie sich dieser Transport nach Europa wirtschaftlich organisieren lasse, skizzierte Herbst die beiden entscheidenden Entwicklungsschritte. Bereits heute gebe es funktionierende Logistikrouten für grünen Ammoniak, der beispielsweise in Saudi-Arabien hergestellt und per Schiff nach Asien transportiert werde, um dort verstromt zu werden. Der eigentliche Durchbruch für den europäischen Güterverkehr liege jedoch im Flüssigwasserstoff. „In Zukunft kann ich Flüssigwasserstoff-Ketten aufbauen“, erläuterte Herbst. „Dieser Flüssigwasserstoff hat den Vorteil, dass er noch einmal eine ganz andere Dichte hat. Ich kann viel größere Mengen transportieren. Und wenn der Flüssigwasserstoff im Hamburger Hafen ankommt, ist es auch billiger, ihn an die Tankstellen zu verteilen.“

Diesen Dichtevorteil rechnete Herbst plastisch an der Logistikkette vor. Ein herkömmlicher Trailer, der Wasserstoff in Gasform transportiert, fasst gerade einmal 300 bis maximal 500 Kilogramm. „Wenn ich aber eine Tankstelle habe, die am Tag mehr als zwei Tonnen vertanken muss, dann wird diese ganze Logistik viel zu teuer“, rechnete Herbst vor. „Wenn ich den gleichen Lkw mit Flüssigwasserstoff habe, dann kriege ich drei Tonnen rein.“

Kryo-Tankstellen optimieren die Infrastruktur

Noch gravierender ist der wirtschaftliche Hebel an den Stationen selbst. Gemeinsam mit Partnern wie Bosch Rexroth treibt Toyota das Konzept der sogenannten Kryo-Tankstelle voran. Bei herkömmlichen Stationen für gasförmigen Wasserstoff verschlingt die Vor-Ort-Kompression auf bis zu 700 bar und die anschließende Kühlung enorme Mengen an Energie – laut Herbst rund drei Kilowattstunden Strom pro Kilogramm Wasserstoff. Bei einer Flüssigwasserstoff-Tankstelle entfällt dieser gigantische Aufwand, weil der Kraftstoff bereits tiefkalt angeliefert wird.

„Aus diesem Flüssigwasserstoff nehme ich die Energie, um ihn dann direkt gasförmig zu vertanken“, erklärte Herbst. „Von dieser Bosch-Rexroth-Lösung habe ich gehört, dass sie nur 0,3 bis 0,5 Kilowattstunden pro Kilogramm braucht. Das heißt: Der ganze Betriebsaufwand, die Kosten, um so eine Tankstelle zu betreiben, ist ein Vielfaches günstiger als bei einer großen gasförmigen Station.“

Ein weiteres drängendes Argument von Herbst berührt die Grenzen der europäischen Stromnetze. In Ländern wie den Niederlanden stoßen Transportunternehmen, die ihren Fuhrpark auf Batterie-Lkw umrüsten wollen, schon heute auf verschlossene Türen bei den Energieversorgern. „Wenn Sie heute einen neuen Stromanschluss für Lkw in Holland wollen, dann sagen die: Kommen Sie 2035 wieder, das Netz ist zu, da geht nichts mehr“, berichtete Herbst aus der Praxis. „Wir haben Spediteure, die für uns arbeiten und sagen: Ich würde ja auch mal auf batterieelektrisch umsteigen, aber ich kann nicht vor 2035, weil das Netz es gar nicht hergibt.“ Aus diesem Grund sei der Aufbau einer zweiten, komplementären Infrastruktur mit Wasserstoff schlicht eine Frage der wirtschaftlichen Vernunft und Versorgungssicherheit.

Brennstoffzellen-Autos brauchen Windschatten

Dass Wasserstoff-Tankstellen in den vergangenen Jahren oft als unrentabel galten und Stationen wieder schließen mussten, führt Herbst auf das klassische Henne-Ei-Problem zurück. Ein Pkw wie der Toyota Mirai verbrauche rund ein Kilogramm Wasserstoff auf 100 Kilometer und stehe die meiste Zeit des Tages in der Garage. Ein schwerer Fernlastwagen hingegen benötigt sieben bis acht Kilogramm und läuft im Mehrschichtbetrieb fast rund um die Uhr.

„Pkw haben schlicht zu wenig Durchsatz, um einen Business Case für eine Tankstelle darzustellen“, stellte Herbst klar. „Deswegen haben wir umgeschwenkt und gesagt: Wir brauchen die Lkw, um den Umsatz an die Tankstelle zu bringen. Wenn ich diesen Grundumsatz habe, dann können wir mit den Pkw nachziehen.“

Toyota stellt seine Brennstoffzellentechnologie daher gezielt als Baukastensystem für den gesamten Markt bereit. Neben der engen Partnerschaft mit BMW, die ab 2028 gemeinsame Serienfahrzeuge hervorbringen soll, liefert Toyota Brennstoffzellensysteme an Daimler Buses für Stadt- und Reisebusse und arbeitet bei schweren Nutzfahrzeugen eng mit Daimler Truck, Volvo und Scania zusammen.

Zielwert von sechs Euro pro Kilogramm

Auch die Preisfrage an der Zapfsäule sieht Herbst mittelfristig gelöst. Zwar liege der Wasserstoffpreis an den Zapfsäulen derzeit noch bei rund 10 bis 16 Euro pro Kilogramm. Durch die europäischen Vorgaben für erneuerbare Kraftstoffe nicht-biogenen Ursprungs, die Raffinerien zur Abnahme von grünem Wasserstoff verpflichten, entstehe derzeit aber ein starker Skalierungsmarkt. „Unser Zielwert, den wir anstreben, sind sechs Euro an der Tankstelle“, betonte Herbst. „Über die Gesamtkosten werden wir in den nächsten fünf Jahren Parität darstellen können. Wir haben nicht so viel Zeit.“

Dass Europa bei diesem Thema keine Zeit zu verlieren hat, zeigt der Blick nach Fernost. „China treibt das Thema Brennstoffzelle momentan massiv voran“, warnte Herbst abschließend. „Die größte Lkw-Flotte der Welt – über 30.000 Fahrzeuge – läuft heute schon in China. Wollen oder können wir uns erlauben, dass das Gleiche passiert wie bei der Photovoltaik und den Batterien? Wir müssen in Europa Gas geben. Das hält vielleicht noch fünf Jahre, und dann werden die Chinesen auch qualitativ so weit sein, mit ihren Systemen massiv auf den europäischen Markt zu drängen.“