Wird die Brennstoffzelle zu einer ernstzunehmenden Konkurrenz für die Batterie?
Elektromobilität ist weit mehr als nur ein Schlagwort. Bereits 2010 hatte die Bundesregierung das Ziel ausgegeben, dass bis 2020 eine Million Elektroautos in Deutschland rollen sollen. Doch ist das E-Auto alles, was die Elektromobilität zu bieten hat? Eine aktuelle VDI-Studie zeigt auf, dass die brennstoffzellenbasierte E-Mobilität ebenfalls einen großen Einfluss auf die Entwicklung von erneuerbaren Energien hat.
Foto: panthermedia.net/malpetr
Mobilität der Zukunft beinhaltet mehrere Lösungen
Das Auto der Zukunft ist elektrisch. Kaum einer wird diese Aussage noch infrage stellen. Doch die Mobilität von morgen hat mehrere Gesichter. E-Autos werden auf der einen Seite für ihre Umweltfreundlichkeit gehyped, auf der anderen Seite aber wegen der belastenden Batterieproduktion und -entsorgung kritisiert. Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie haben währenddessen aufgeholt. Der VDI hat diese Entwicklung gemeinsam mit dem Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) in der Studie „Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge“ aus Mai 2019 aufgegriffen. Im Fokus stehen die technischen, ökologischen und ökonomischen Aspekte beider Technologien.
Kaum ein Tag vergeht, an dem man nicht über ein neues E-Auto der großen Automobilhersteller lesen kann. Zu den 10 beliebtesten Elektroautos der Deutschen gehören unter anderem der Renault Zoe und der BMW i3. Doch greift die Konzentration auf Batteriefahrzeuge nicht zu kurz? Dieser Meinung sind die Autoren der Studie.
Förderung von Wasserstoff und Brennstoffzellen wird vernachlässigt
100.000 Ladepunkte für E-Autos bis 2020, Kaufprämien und einiges mehr: Die Bundesregierung fördert explizit Elektromobilität – aber bislang nur in geringem Maße in Bezug auf Wasserstoff und Brennstoffzellen. Dabei kann brennstoffzellenbasierte Elektromobilität nicht nur ein wichtiger Treiber zur Reduzierung der Emissionen von Treibhausgasen sein, sondern ist darüber hinaus einfach umzusetzen.
Die Vorteile im Überblick:
- Große Reichweiten werden leichter und kosteneffizienter erzielt
- Betankungszeit von Brennstoffzellenautos innerhalb von 3-5 Minuten
- Höhere Nutzlasten
Was ist eine Brennstoffzelle?
Die Formel für eine funktionierende Brennstoffzelle ist ganz einfach: Wasserstoff plus Sauerstoff erzeugen Strom und Wärme. Diese elektrochemische Reaktion wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Das heißt, in einer Brennstoffzelle reagiert ein stetig zugeführter Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff aus Erdgas, mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff.
Wasserstoff ist außerdem nahezu unbegrenzt verfügbar. Herstellen lässt es sich aus einer Vielzahl natürlicher Ausgangsstoffe – ein optimaler Energieträger.
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Und so funktioniert es im Auto
Um ein Fahrzeug mit Wasserstoff anzutreiben, wird der Energieträger zunächst in 2 Tanks unter dem Fahrzeuginnenraum gespeichert. Der Wasserstoff wird daraufhin in die Brennstoffzelle geleitet und reagiert dort mit dem Sauerstoff. Dieser gelangt durch die großen Lufteinlässe in den Verdichter. Durch die chemische Reaktion entsteht Elektrizität. Darüber hinaus wird in einer Hochvoltbatterie Bremsenergie gespeichert. Diese Energie kann zum Beispiel bei Überholmanövern eingesetzt werden.
Warum also gibt es nicht schon längst viel mehr Autos mit Brennstoffzelle? Einschränkungen ergeben sich durch das noch dünne Netz an Wasserstofftankstellen. Ende 2018 gab es in Deutschland 60 öffentlich zugängliche Wasserstofftankstellen. Im Vergleich: Im zweiten Quartal 2019 lag die Anzahl der Ladestationen in Deutschland bei rund 15.300. Im Vorjahresquartal waren es noch etwa 9.000, so Quellen auf Statista.
Wo finden Brennstoffzellenautos Anwendung?
In der VDI-Studie wird als Praxisbeispiel der Einsatz von Gabelstaplern in der Logistikbranche angeführt. Die Gabelstapler sind mit Brennstoffzellen ausgerüstet und lassen sich damit schnell wieder auftanken. Bis 2050 soll der Marktanteil an Gabelstaplern mit Brennstoffzelle in Deutschland 65 % betragen, denn alternative Antriebstechnologie steht auch in der Logistikbranche im Fokus. Umweltrichtlinien bringen neue Herausforderungen mit sich, sodass klimafreundliche Alternativen zum klaren Wettbewerbsvorteil werden. Die USA ist hier Vorreiter: Seit 2009 nahmen bereits 16.000 brennstoffzellenbetriebene Gabelstapler den Betrieb auf. Gegenüber batteriebetriebenen Staplern haben sie die Vorteile der längeren Lebensdauer, größeren Reichweite, schnelleren Betankungszeit und geringeren Betriebskosten.
BMW hat aus diesen Gründen in Leipzig 70 Wasserstoff-Routenzüge in Betrieb genommen. Die Routenzüge (Indoor-Schlepper) kommen in der Produktion zum Einsatz und versorgen die Montagebänder mit Zulieferteilen. Ziel soll es sein, eine nachhaltige und effiziente Antriebstechnologie im Bereich Indoor-Logistik zu realisieren, so die Now GmbH, die das Projekt unterstützt.
Foto: Mit Wasserstoff betriebene Routenzüge im BMW Group Werk Leipzig.
Foot: BMW Group
Die Deutsche Post spürt den Puls der Zeit ebenfalls: Streetscooter mit Wasserstoffantrieb sollen auf die Straße gebracht werden. Mit der Brennstoffzellen-Technologie könnte ein Postwagen seine Reichweite mehr als verdoppeln im Vergleich zu Verbrenner-Fahrzeugen. Der E-Transporter soll 2020 auf den Markt kommen. Brennstoffzellenautos haben ebenfalls die völlige technische Reife erreicht. Brennstoffzellenautos kaufen kann man bereits von Hyundai, Honda und Toyota. Deutsche Hersteller tun sich mit der Entwicklung von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle jedoch schwer.
Doch nicht nur in der Logistik- und Automobilbranche ist die umweltfreundliche Technologie auf dem Vormarsch, sondern auch im Haushalt – zumindest in Japan. Dort erzeugen die Haushalte schon seit Jahren Strom mit Brennstoffzellen.
Die Chancen der Brennstoffzellen-Technologie stehen gut. Ob Wasserstoff wirklich der neue „Sprit“ für Autos wird oder ob uns erst eine Ära der E-Autos mit Batterie bevorsteht, wird sich zeigen.
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