Die Verbände VDI und VDE stellen in ihrer Studie „Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge“ fest, dass die derzeitige Diskussion um die zukünftige Mobilität zu einseitig auf Batteriefahrzeuge ausgerichtet ist. Daher appelliert Martin Pokojski, Vorsitzender des VDI/VDE-Fachausschlusses „Wasserstoff und Brennstoffzellen“, an Politik und Wirtschaft, auf beide Systeme zu setzen und nicht einer Technologie vorzeitig ins Wort zu reden. Die Studie zeigt, dass brennstoffzellenbasierende Elektromobilität nicht nur einen bedeutsamen Schritt zur Reduzierung der Emissionen von Treibhausgasen leistet, sondern auch einfacher umzusetzen ist.

Am Ende Juni 2019 in Duisburg eröffenten Wasserstoff-Testfeld des ZBT lässt sich erforschen, wie der Aufbau einer geeigneten Wasserstoff-Infrastruktur aussehen könnte.

Am Ende Juni 2019 in Duisburg eröffneten Wasserstoff-Testfeld des ZBT lässt sich erforschen, wie der Aufbau einer geeigneten Wasserstoff-Infrastruktur aussehen könnte. André Kayser

Neben der größeren Reichweite ziehen hier auch schnelle Tankvorgänge. Die Schlussfolgerung: bei höherer Marktdurchdringung kann eine Mischung beider Systeme ein Kostenoptimum ergeben. Dazu zählt auch die Rohstoffseite. Während bei BEVs (Battery Electric Vehicle) heute Lithium, Kobalt und Nickel als kritische Stoffe zum Einsatz kommen, ist es beim FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) vor allem Platin. Technische Optimierungen konnten jedoch den Einsatz des Materials bereits um den Faktor 10 reduzieren und damit liege laut Pokojski die Platinmenge im FCEV heute im Bereich derjenigen in einem Dieselkatalysator.

Schlüssel liegt in Synergien

Die gleiche Meinung vertritt das Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (ZBT) in Duisburg. Nur durch die Nutzung von Batterien und Brennstoffzellen könne es gelingen, den gesamten Transportsektor zu elektrifizieren und emissionsfrei zu gestalten, sagt Dr. Peter Beckhaus, Abteilungsleiter am ZBT. Brennstoffzellen böten überhaupt erst die Möglichkeit, auch im Bereich der Langstreckenmobilität und der Nutzfahrzeuge die Antriebe regenerativ und umweltfreundlich zu versorgen. Batteriesysteme stoßen hier an ihre Grenzen und synthetische Kraftstoffe haben deutlich geringere Wirkungsgrade. Neben den CO2-Emissionen in der Nutzungsphase spielen auch jene bei der Produktion eine wesentliche Rolle: hier haben FCEVs laut Beckhaus einen Vorteil und so falle in der Gesamtbetrachtung die CO2-Bilanz vom BEV und FCEV vergleichbar aus.

Auch die Automobilindustrie selbst ist vom Potenzial von Wasserstoff und Brennstoffzelle überzeugt. So prognostiziert etwa Bosch, dass bis 2030 bis zu 20 Prozent aller Elektrofahrzeuge weltweit mit Brennstoffzellen angetrieben werden. Aufhorchen ließ in diesem Zusammenhang der Einstieg des Automobilzulieferers in die Serienfertigung von Brennstoffzellen für Lkw und Pkw in Kooperation mit Powercell. Das schwedische Unternehmen stellt Stacks mit bis zu 125 kW Leistung zunehmend automatisiert her.

Der Optimismus begründe sich unter anderem darin, dass die Technologie eine hoch präzise Bauteilfertigung unter Gewährleistung hoher Qualitätsstandards benötige, so Beckhaus. Dies sei ein wichtiges Merkmal deutscher Industrieunternehmen. Hier unterscheide sich das FCEV auch deutlich vom BEV, dessen Wertschöpfung wesentlich in den einzelnen Materialien und weniger in der Herstellung liege. Hinzu kommt, dass zahlreiche Systemkomponenten wie Verdichter, Kühlmittelpumpen und Sensorik notwendig sind. Auch hierfür sei eine langjährig etablierte deutsche und europäische Zulieferindustrie vorhanden, so der ZBT-Experte.

Betanken und Laden

An den Arbeiten am Wasserstoff-Testfeld sind auch Tankstellenbetreiber, Gas- und Automobilhersteller, Komponenten- und Anlagenbauer sowie die Zulieferindustrie beteiligt.

An den Arbeiten am Wasserstoff-Testfeld sind Tankstellenbetreiber, Gas- und Automobilhersteller, Komponenten- und Anlagenbauer sowie die Zulieferindustrie beteiligt. André Kayser

Der Aufbau einer Ladeinfrastruktur für BEVs gilt bei geringen Marktanteilen als kostengünstiger, da für wenige BEVs eine Ertüchtigung von Nieder- und Mittelspannungsnetzen zumeist noch nicht erforderlich ist, wohingegen für FCEVs ein Tankstellennetz zur Grundversorgung geschaffen werden muss. Wie der Aufbau einer geeigneten Wasserstoff-Infrastruktur aussehen könnte, lässt sich am ZBT direkt vor Ort erforschen. Das Ende Juni 2019 eröffnete Wasserstoff-Testfeld umfasst verschiedene Elektrolyseverfahren, eine Testplattform für Wasserstoff-Tankstellen, eine mobile Wasserstoff-Befülleinheit und ein Wasserstoff-Qualitätslabor.

Involviert in das von Bund und dem Land NRW geförderte Projekt sind sowohl Tankstellenbetreiber, Gas- und Automobilhersteller als auch Komponenten- und Anlagenbauer und die Zulieferindustrie. Zu den erforschten Elektrolyseverfahren zählen AEM, PEM und SOFC, sowohl als Stacks als auch als Gesamtsysteme in verschiedenen, teils stationären Betriebsmodi, erklärt ZBT-Abteilungsleiter Dr. Christian Spitta. Unter anderem stehen die Reduktion der Kosten und des Energieeinsatzes pro vertanktem Kilo Wasserstoff im Vordergrund der Forschung. Erste Ergebnisse zu den Arbeiten erwartet das ZBT Anfang 2020.

Wasserstoffqualität

Ein besonderes Augenmerk liegt auch auf der Wasserstoffqualität. Denn bei der Herstellung, dem Transport zur Tankstelle und dem Verdichten des Gases auf bis zu 700 bar können Verunreinigungen wie Schwefelkomponenten in den Wasserstoff gelangen, die die Brennstoffzellen schädigen können. Die zulässigen Grenzwerte der Verunreinigungen sind in den internationalen Qualitätsstandards SAE J2719 beziehungsweise ISO 14687-2 definiert. Bereits seit rund zwei Jahren sind Wissenschaftler des ZBT und des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) dabei, im Rahmen des Projekts Hy-Lab die Probennahme und Analyse von Wasserstoff zu optimieren. An den Standorten Duisburg und Ulm sollen diese anspruchsvollen Analysen gemäß internationaler Standards auch in Deutschland von unabhängigen Laboren erfolgen.