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Neue Wasserstoffautos: Das Comeback der Brennstoffzelle

Artikel in der Wirtschaftswoche 2010

Erst war die Brennstoffzelle die große Hoffnung der Autohersteller, dann eine noch größere Enttäuschung. Nun sind viele anfängliche Probleme gelöst. Wird der saubere Antrieb zum Rivalen für Batterie-Autos?
von Jürgen Rees | Quelle: wiwo.de

Dieser Auftritt ist den Entwicklern der Daimler-Brennstoffzelle auch nach zehn Jahren noch peinlich. Vor den Augen der Weltöffentlichkeit präsentierten Autokanzler Gerhard Schröder und DaimlerChrysler-Chef Jürgen Schrempp im November 2000 großspurig so etwas wie das Perpetuum mobile der Autoindustrie: "das erste Null-Liter-Auto" der Welt, das brennstoffzellenbetriebene "New electric car 5", kurz: Necar 5. Der Autokanzler sonnte sich im Glanz des damals erfolgreichen Unternehmenschefs und lächelte wohlgefällig, als Schrempp die Serienreife der neuen Technologie für das Jahr 2004 versprach. Die Daimler-Entwickler um den damaligen Projektleiter Ferdinand Panik wussten damals schon, dass es so schnell nie gehen würde. Sie behielten recht. Statt eines technologischen Wunders produzierte die Brennstoffzellentechnik vor allem Enttäuschung: Sie war teurer als geplant, anfälliger als gedacht, und an ein Tankstellennetz war überhaupt nicht zu denken. Die Branche war blamiert, und es wurde still um Brennstoffzellenantrieb und Wasserstofftechnik. Kein Hersteller wagte sich mehr mit irgendeiner Prognose aus der Deckung. Nun aber, zehn Jahre nach dem denkwürdigen Auftritt von Autokanzler und Autokönig, ist der Brennstoffzellenantrieb wieder da. Die zur Neige gehenden Erdölvorräte und der Klimawandel zwingen die Hersteller, den CO2-Ausstoß ihrer Flotten zu senken. Alternativen zu Benzin- und Dieselmotoren sind daher so dringend gesucht wie noch nie. Lange standen dabei alleine batteriebetriebene Fahrzeuge im Fokus. Doch neue Wasserstoffautos vor allem von den Marktführern Mercedes und Toyota zeigen, dass die Technik allmählich wettbewerbsfähig wird. Gewaltige Fortschritte haben die Ingenieure vor allem bei der Haltbarkeit der Brennstoffzelle, den Anschaffungskosten und dem Fahrkomfort für die Passagiere gemacht. Selbst gegenüber batteriebetriebenen Elektroautos hat die Brennstoffzellentechnik Vorteile: Sie ist ähnlich lautlos und abgasfrei. Brennstoffzellenautos fahren im Schnitt aber sechsmal so weit wie ihre Rivalen. Und zugleich kann die Brennstoffzelle im Gegensatz zu den akkubetriebenen Elektromotoren auch schwere Transporter und Busse antreiben.

Genial einfaches Prinzip. Auch deshalb ließen die Forschungsabteilungen der Autokonzerne trotz anfänglicher Rückschläge das Thema nicht ruhen. Denn das Prinzip ist genial einfach: Kern der Brennstoffzellentechnik ist die kontrollierte Knallgasreaktion. Dafür führen Ingenieure Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle so zusammen, dass die Energie nicht in Form einer Explosion oder Flammenhitze, sondern als elektrischer Strom frei wird, der zum Antrieb eines Elektromotors genutzt wird. Aus dem Auspuff kommt nur Wasserdampf. Zudem ist der Prozess nahezu lautlos.

Eindrucksvoll zeigt das der weiße, knapp zwei Tonnen schwere Gelände- wagen Toyota Highlander, der 2015 in den Handel kommen soll. Der auf den sperrigen Namen FCHV-adv getaufte Brennstoffzellenwagen kurvt geräuschlos über die Straßen Berlins. Wie es für Elektroantriebe typisch ist, steht immer die volle Leistung von 122 PS zur Verfügung, ganz gleich, ob die Drehzahl hoch oder bei null liegt. Das hat den Effekt, dass der dicke Brummer deutlich flotter beschleunigt als gleichstarke Benziner oder Turbodiesel.

Die Ruhe im Auto lernen Fahrer wie Beifahrer schnell schätzen. Die Reichweite ist mit 600 Kilometern komfortabel. Ähnlich auch die Daten des F-Cell von Mercedes, der auf der B-Klasse basiert: Er schafft mit einer Tankfüllung von 3,8 Kilogramm Wasserstoff zum Preis von rund acht Euro pro Kilogramm 400 Kilometer. Zum Vergleich: Die ersten Elektroautos erreichen im Alltag gerade 100 Kilometer. Auch bei der Tankzeit ist das Brennstoffzellenauto im Vergleich zum Elektroauto wettbewerbsfähig: "Nach drei Minuten ist der Tank voll. Niemand muss also an der Tankstelle übernachten", sagt Daimler-Chef Dieter Zetsche.

Nicht nur für Zetsche sind das gute Gründe, an die Zukunft der Brennstoffzelle zu glauben. Deshalb haben sich neben Daimler auch Unternehmen wie Toyota, BMW, General Motors/Opel, Volkswagen, Ford sowie Total und Shell zur Clean-Energy-Partnership zusammengeschlossen. 13 Unternehmen gehören ihr an. Ihr Ziel: Bis 2015 sollen Wasserstoffautos nicht nur serienreif, sondern auch bezahlbar sein. Dafür wollen sie gleichzeitig die Zahl der Wasserstofftankstellen von heute 27 auf mindestens 1000 erhöhen - mit Kosten von 1,7 Milliarden Euro. Ein ehrgeiziges Ziel.

Denn dabei gibt es ein Problem. "Irgendwo muss der Wasserstoff erzeugt werden, den die Fahrzeuge tanken", sagt Willi Diez, Leiter des Instituts für Automobilwirtschaft an der Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen. Geschieht das mit der sogenannten Elektrolyse, liegt der Wirkungsgrad bei nur 57 Prozent, das heißt, fast die Hälfte der zugeführten Energie geht bei der Umwandlung von chemischer Energie in Strom verloren.

Ökologisch ist die Wasserstoffmobilität daher erst vertretbar, wenn der Wasserstoff mit grünem Strom erzeugt wird. So wie am neuen Flughafen Berlin Brandenburg International. 16 Kilometer südlich von Berlin wächst der alte Flughafen Schönefeld zum großen, 2000 Fußballfelder umfassenden Hauptstadtflughafen heran, von dem ab Juni 2012 die ersten Linienflüge starten sollen. Dort öffnet 2011 die erste CO2-neutrale Tankstelle der Welt. Die Energie für die Wasserstoffproduktion liefert ein Windpark, den der grüne Stromproduzent Enertrag nahe dem neuen Flughafen errichtet.

Der Clou an der Technik: Wasserstoff kann auch als Zwischenspeicher für Energie genutzt werden. Das hilft den Energieversorgern, die damit den sauber produzierten Strom nicht wegen Überangebots zum Dumpingpreis verkaufen müssen - so wie das vergangene Weihnachten dank des Sturmtiefs Yann passierte.

Aber auch für die Autos, die jetzt auf Wasserstoff angewiesen sind, ist mehr als genug Treibstoff vorhanden: 190 Milliarden Kubikmeter fallen weltweit etwa in Rohölraffinerien an. 850 Millionen Kubikmeter stößt allein die deutsche Industrie als Nebenprodukt aus, das aus Kostengründen meist abgefackelt wird. Schon die Hälfte davon würde reichen, um fünf Millionen Autos zu betreiben. Die Menge könnte 1 000 Wasserstofftankstellen speisen, die eine flächendeckende Versorgung gewährleisten.

Der Haken: Jeder Bau einer Wasserstofftankstelle schlägt im Gegensatz zu einer konventionellen Tankstelle, die eine Million Euro kostet, noch mit mehr als zwei Millionen Euro zu Buche. Viel Geld.

Fragwürdige Subventionen

So viel, dass sich Total, Shell, Daimler & Co. Investitionen in die eigene Zukunft großzügig finanzieren lassen. Die Möglichkeit dazu bietet das vom Verkehrsministerium aufgelegte Programm "Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie". Insgesamt 1,4 Milliarden Euro stehen bis zum Jahr 2013 zur Verfügung. Mit gut vier Millionen Euro etwa haben deutsche Steuerzahler die Berliner Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße finanziert. Profitiert haben davon Unternehmen wie Linde, der norwegische Mineralölkonzern Statoil und die Total Deutschland.

Fragwürdig ist auch das Beispiel General Motors: Für den bloßen Betrieb von zehn Brennstoffzellenautos streicht der US-Konzern über seine deutsche Tochter Opel mehr als vier Millionen Euro Subventionen ein. Gebaut werden die Autos indes in Kanada.

Sinnvolle Subventionen? "Nein", sagt Justus Haucap, Professor für Volkswirtschaftslehre und Wettbewerbsforscher an der Universität Düsseldorf. "In der Grundlagenforschung können Subventionen sinnvoll sein, weil sie sich nicht direkt auszahlen", sagt Haucap. "Aber bei der Brennstoffzellentechnik und auch beim Elektroauto sind die Erfindungen patentierbar und bringen den Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil."

Tücken im Griff

Ob subventioniert oder nicht: Für die deutsche Industrie birgt der Brennstoffzellenantrieb enorme Chancen. Bei den Elektroautos ist das Herzstück die Batterie und deren intelligente Steuerung. Bei dieser Technik haben zurzeit asiatische Unternehmen wie Toyota und Honda mit Partnern wie Panasonic gegenüber deutschen Herstellern enormen Vorsprung (WirtschaftsWoche 18/2010).

Bei der Brennstoffzelle gehört Daimler dagegen zur Weltspitze, Know-how und Wertschöpfung finden hier im Land statt. Die Stuttgarter haben wertvolle Erfahrungen gesammelt mit dem Aufbau und Steuerung der sensiblen Brennstoffzelle. Der Maschinenbau-Ingenieur Markus Bachmeier der Münchner Linde-Gruppe, einer der weltweit größten Hersteller von Wasserstoffanlagen, preist die "umfassende Wertschöpfung". Sie reicht von der Erzeugung und Verflüssigung über die Speicherung und Logistik des Wasserstoffs bis zur Betankung.

Während das erste Brennstoffzellenauto von 1994 kaum alltagstauglich war, vermitteln Wagen wie der F-Cell von Mercedes oder der FCHV-adv von Toyota heute den Eindruck, als hätten die Entwickler die Tücken der Brennstoffzelle weitgehend im Griff.

Auch die Kosten eines Wasserstoffautos sind seit 2005 um 90 Prozent gefallen. Doch das ist nur auf den ersten Blick eine gute Nachricht. Denn 2005 kosteten die Vorgänger der jetzigen Modelle noch bis zu eine Million Euro. Damit die Wasserstoffautos künftig wettbewerbsfähig werden, müssen die Kosten noch einmal um mehr als die Hälfte sinken. "Erst dann ist das Sparpotenzial einer Massenproduktion nutzbar", sagt Toyotas Chefentwickler Koei Saga.

Die Richtung zeigen Toyota und Mercedes: Sie nutzen das Baukastensystem. Toyota bedient sich für den Bau des FCHV-adv bei den Hybridkomponenten, etwa dem Elektromotor aus dem Luxus-Geländewagen RX 450h. Mercedes wiederum hat als Prototypen den E-Klasse-Nachfolger F800 Style entwickelt, der sowohl mit Brennstoffzellenmotor als auch mit batteriebetriebenen Motor ausgestattet werden kann.

Aber um 2015 einen Durchbruch feiern zu können, müssen die Entwickler noch ein weiteres Problem lösen: Einer der größten Kostentreiber der Brennstoffzelle ist das wertvolle Edelmetall Platin. Es hilft als Katalysator, die Gasmoleküle aufzubrechen. Noch 2005 waren mehr als 80 Gramm des Edelmetalls notwendig, um eine Brennstoffzelle zum Laufen zu bringen. Heute sind es immer noch 30 Gramm. Die Kosten: Etwa 3 000 Euro pro Brennstoffzelle. Viel zu viel für die Serienproduktion. Und so ist das Ziel klar: Der Gehalt an Platin soll unter zehn Gramm sinken. "Das entspricht dann dem Gehalt eine modernen Dieselkatalysators", sagt Daimler-Chef Zetsche. Er hofft, dass bis zum Jahr 2020 endlich gelingen wird, woran auch der kanadische Brennstoffzellenpionier Ballard Power seit 1993 arbeitet: bezahlbare Brennstoffzellenantriebe.

Ballard war einst der Star der Szene. Anfang 2000 pushte die Euphorie den Börsenwert des Unternehmens auf zwölf Milliarden Dollar, heute ist er auf 154 Millionen Dollar geschrumpft. Anfang 2008 verkauften die Kanadier ihre Autosparte NuCellSys schließlich an Daimler. Nun wollen die Stuttgarter die Ballard-Vision zum Erfolg führen.

Vor dem erhofften Durchbruch müssen die Brennstoffzellen-Ingenieure vor allem noch die Temperaturempfindlichkeit der innovativen Antriebe reduzieren. Zwar haben die neuesten Versionen kein Problem, sofern sich die Temperaturen der Brennstoffzelle zwischen minus 30 und plus 95 Grad bewegen. Zufrieden sind die Entwickler erst, wenn die Zelle bis 105 Grad erträgt und damit starke Belastungen selbst im Wüstenklima aushält. Denn: "Ein Wechsel der Brennstoffzelle innerhalb der Lebensdauer des Autos ist für den Kunden aus Kostengründen absolut unzumutbar", sagt Saga.

Aber trotz aller Hindernisse ist sich Saga sicher: "Die Zeit des Brennstoffzellenautos wird kommen." Und er muss es als Vater der Hybridarchitektur wissen. Als der Prius 1992 geplant wurde, glaubte kaum jemand an den Erfolg der Autos mit den zwei Motoren.

Publiziert am: Mittwoch, 18. August 2010 (11959 mal gelesen)
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