Seite 3: Auch die Brennstoffzelle ist im Lkw noch im Nachteil

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Was angesichts der überlegenen Wirtschaftlichkeit bekannter Brennstoffzellen-Pkw gegenüber vergleichbar kräftigen Otto-Antrieben überraschend klingen mag, ist die höhere Effizienz von H₂ in Lkw-Verbrennungsmotoren. Sie sind damit konkurrenzfähig zur Brennstoffzelle. Hauptgrund für den Unterschied ist, dass Pkw fast immer im niedrigen Teillastbereich bewegt werden. Bei Lkw hingegen ist der Antrieb bei der üblichen Konstantfahrt höher ausgelastet. Wird ein bestehender Lkw-Gasmotor mit Wasserstoff betrieben, sinkt aufgrund der sehr ausgeprägten Luftverdrängung durch den Wasserstoff die Leistung, die Effizienz hingegen steigt wegen der vollständigen Verbrennung vor allem im Teillastbereich etwas an.

Eine Brennstoffzelle vergleichbarer Leistung fällt in ihrer Wirtschaftlichkeit mit wachsender Last hingegen deutlich ab, ein Problem, dem je nach Nutzungsprofil nur mit einer maßvollen Überdimensionierung von Zelle, Traktionsbatterie oder beidem begegnet werden kann. Wird sie längere Zeit stark gefordert, ist die massive Wirkungsgradverschlechterung durch die Wärmeabfuhr der begrenzende Faktor. Dazu kommt, dass im Lkw mehr Raum für die Wasserstofftanks vorhanden ist. Mit einem niedrigeren Druck befüllt, wären sie zwar größer, würden beim Betanken aber weniger Energie kosten. Als Optimum gelten in der Branche rund 450 statt der maximal möglichen 700 bar.

H₂-Motoren nur vom Fließband konkurrenzfähig

Der Aufwand für eine Anpassung bereits in Produktion befindlicher Gasmotoren für den Einsatz in Erd- bzw. Biogas-Lkw ("CNG" für "Compressed Natural Gas" oder "LNG" für "Liquefied Natural Gas") ist so überschaubar, dass man sie vom Fließband kommend umrüsten kann. Fast alle nötigen Teile sind auf dem Zuliefermarkt erhältlich, weil sie bereits für die Umrüstung von Lkw-Motoren auf Erdgas produziert werden und lediglich auf die Anforderungen des Wasserstoffbetriebs angepasst werden müssen. Dedizierte Wasserstoffverbrennungsmotoren können durch den Einbau der entsprechenden Teile bis hin zu Kolben und Zylinderköpfen direkt am Band entstehen, was die höheren Produktionskosten solcher Aggregate senken helfen kann.

Die Tanks fallen aus dem Kostenvergleich zu einem Brennstoffzellenantrieb heraus, weil sie für beide Antriebsarten gleich funktionieren. Eine Direkteinspritzung in umgerüsteten Dieselmotoren könnte Leistung und Wirkungsgrad in einem lohnenden Maß verbessern, verlangt aber eine höhere Anfangsinvestition. So müsste man für solche Motoren beispielsweise eigene Zylinderköpfe und Kolben gießen und bearbeiten. Ihre Hochdruck-Direkteinspritzung würde noch eigens zu entwickelnde Pumpen erfordern, was die Entwickler zwar für möglich halten (man müsste sie aus dem Großmotoren-Maßstab herunterskalieren), die in ihrer Produktion dennoch teurer blieben als die Komponenten für die Niederdruckeinspritzung.

Erfahrungen mit H₂ als alternativem Treibstoff gibt es seit den 1930er-Jahren, als der deutsche Ingenieur Rudolf Arnold Erren an einer Reihe umgerüsteter Serienmotoren Untersuchungen zur Direkteinblasung durchführte. In den 1980er-Jahren rüstete Daimler-Benz Bus- und Lkw-Antriebe um und ließ sich wie BMW seine Bemühungen auf diesem Gebiet staatlich subventionieren. In den Ergebnissen kamen beide 50 Jahre nach Erren über einen erneuten Beweis der Machbarkeit nicht weit hinaus. Zwischen 1990 und 2000 haben viele Pkw- und Nutzfahrzeughersteller wie BMW, Daimler-Benz, Ford, Mazda (im Wankelmotor) und MAN Wasserstoffmotoren entwickelt. Als einziger Pkw mit H₂-Verbrennungsmotor erreichte der BMW Hydrogen 7 Serienreife und als Marketingtool sogar kurz den Verkaufsprospekt.