Energieträger Wasserstoff – ineffizient und unverzichtbar

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Das Internationale Wiener Motorensymposium war in der Vergangenheit oftmals ein zuverlässiger Wegweiser dafür, in welche Richtung es bei den Antrieben geht – bzw. aus Sicht von Ingenieuren gehen sollte. So auch in diesem Jahr. Auf dem Symposium sprachen sich zahlreiche Teilnehmer dafür aus, sich nicht allein auf den batterieelektrischen Antrieb zu fokussieren. Gerade im Bereich Wasserstoff sehen viele Ingenieure große Chancen.

Die Brennstoffzelle und auch der Wasserstoff-Direktverbrenner blieben in puncto CO₂-Einsparung und Marktpotenzial wichtige Ergänzungen, sagte der Chef der Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV), Matthias Kratzsch. Die momentanen Vorteile von batterieelektrischen Autos hinsichtlich der Kosten sollten nicht dazu führen, dass Alternativen wie Wasserstoffantriebe vorschnell abgeschrieben werden. Technologieoffenheit müsse gewährleistet sein, forderte Kratzsch.

Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger und die Ökostromproduktion sollen in den kommenden Jahren ausgebaut werden. "Aus unserer Sicht konzentriert sich die Debatte zu oft auf das rein batterieelektrische Fahrzeug", betonte Kratzsch. Man müsse etwa die gesamte Klimabilanz der verschiedenen Möglichkeiten über den Lebenszyklus des Fahrzeugs vom Rohstoff bis zum Recycling stärker betrachten. Der Autoverband VDA und der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) hatten sich ebenfalls für parallele, weitere Forschungen an Wasserstoffantrieben ausgesprochen.

Teurer Aufbau einer Tankstellen-Infrastruktur

Im Pkw konnte sich die Brennstoffzelle bislang nicht durchsetzen, obwohl über Jahrzehnte beträchtliche Fördersummen für die Forschung bereitgestellt wurden. Das hat gleich mehrere Ursachen. Das aktuelle Tankstellennetz ist weitmaschig, der Aufbau sehr teuer. Es fehlen Skaleneffekte, um die Kosten dafür perspektivisch wieder einspielen zu können. Entscheidend ist jedoch, dass für Herstellung, Speicherung und Transport für einen Kilogramm Wasserstoff umgerechnet rund 60 kWh Strom anfallen – in Verbindung mit modernen Elektrolyseuren. Mit diesem Kilogramm kann ein sparsames H2-Fahrzeug rund 100 km weit fahren. Rechnet man Verluste mit ein, liegt ein sparsames batterieelektrisches Auto schätzungsweise bei einem Drittel dieser Summe.

Erschwerend kommt hinzu, dass Wasserstoff als Energieträger gerade einen seiner wichtigsten Vorzüge verliert. Befürworter priesen stets an, dass sich Wasserstoff so schnell nachtanken lässt wie Erdöl. Das stimmte stets ohnehin nur zum Teil, denn eine H2-Zapfstation kann nicht beliebig viele Fahrzeuge hintereinander versorgen. Zwischendurch ist ein Druckaufbau in der Anlage nötig. Dieses Problem lässt sich lösen.

Elektroautos mit Batterie holen auf

Doch die batterieelektrischen Autos holen genau in dieser Disziplin gerade mit riesigen Schritten auf. Mit 800 Volt-Ladesystemen lassen sich hohe Leistungen nutzen, ohne mit großen Strömen hantieren zu müssen. Perspektivisch wird es möglich sein, in immer mehr Fahrzeugen in einem gewissen Fenster des Ladestandes den Speicher mit mehr als 200 kW zu befüllen. Hyundai nennt 18 Minuten für die Aufladung von 10 auf 80 Prozent.

Doch die Ingenieure warnen davor, den Blick nur auf Pkw zu beschränken. Auch im Schwerlastbereich und bei Bussen müsse der Weg von den mit Erdöl betriebenen Motoren wegführen. Dort gelten andere Rahmenbedingungen als im Pkw. Batterien, die einen 40-Tonnen-Lkw mit einer nennenswerten Reichweite versehen, würden beim aktuellen Stand der Technik die Zuladung bei Weitem zu stark einschränken.

H2 kann neue Fronten gegen fossile Energie eröffnen

Wasserstoff wird von der Wissenschaft als sinnvollster Energieträger in einer künftigen nachhaltigen Energiewirtschaft bei der Speicherung regenerativer Energien gesehen. Es geht dabei darum, die schwankenden Erträge speichern zu können statt die Windkraft- oder Photovoltaikanlagen abschalten zu müssen, wenn der erzeugte Strom nicht abgenommen werden kann. Solange die Abnahme etwa mangels Stromtrassen oder erzeugungsnaher Abnehmer noch stark schwankt, muss der schlechtere Wirkungsgrad der doppelten Umwandlung und des Transports gegen die Nachteile fossil erzeugter Energie aufgerechnet werden.

Angesichts der Klimaziele gibt es hier kaum echten Spielraum, eine effizientere Lösung dieses Problems ist jedenfalls nicht in Sicht. Wasserstoff ist als Energieträger vielfältig einsetzbar, er kann für eine Übergangsphase auch den Betrieb herkömmlicher Autos dekarbonisieren. Als Grundstoff sogenannter E-Fuels kann er über die bereits vorhandene Tankstelleninfrastruktur verteilt werden, bis die letzten Auto mit Verbrennungsantrieb von der Straße verschwunden sind. Im Fernverkehr kann das – den politischen Willen vorausgesetzt – angesichts der hohen Kilometerleistungen der konventionell angetriebenen Lastwagen recht bald der Fall sein. Teuer wird beides.

Beschleunigung beim Klimaziel erfordert H2-Kreisläufe

Die aktuell höchstrichterlich angemahnte Beschleunigung bei den Klimazielen dürfte zu einem Zubau bei den Erneuerbaren führen und so das Problem der schwankenden Erzeugung verschärfen. Zu erwarten ist daher eine mit dem Ausbau der Energiegewinnung einhergehende Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft. Die Regierung wird kaum umhin kommen, mehr Mittel in den Energieträger zu investieren, wenn sie die Wirtschaft schneller dazu bewegen möchte, in dieses zunächst als finanziell riskant empfundene Gebiet vorzustoßen. Noch genügt die Menge an Überschusstrom nicht für eine wirtschaftliche Erzeugung und so müssen für eine Übergangszeit auch Anlagen entstehen, in denen Wasserstoff aus eigens dafür produziertem Strom produziert wird, der (noch) nicht "grün" ist. Wenn die Politik diesen Prozess richtig steuert, kann sich – ähnlich wie bei der Energierzeugung – auch in der Wasserstoffwirtschaft nach einer subventionierten Anschubphase ein finanziell tragfähiger, selbstlaufender Markt bilden.

Die Vorgänge innerhalb der Energiewende sind von großer Dynamik geprägt, Wasserstoff ist extrem fexibel. Das macht ihn zum Energieträger, der sich am besten für die verschiedensten Rollen eignet, die ihm darin zugewiesen werden können. Man sollte sich nur hüten, ihn anhand bestimmter Probleme möglicherweise zu einseitig zu beurteilen. Weder wird er die Lösung aller Probleme sein noch sinnvolle Entwicklungen behindern. Zum Ziel wird ja immer gehören, die weniger effizienten Prozesse der Energiewende nach und nach auszuschalten, sobald die Zeit dafür gekommen ist. Gerade wegen seiner Flexibilität ist daher gut denkbar, dass sich dieser Energieträger eines Tages nur mehr in kleinen Nebenrollen wiederfindet.

(fpi)