Elektromobilität nimmt immer mehr Fahrt auf. Sie ist ein wichtiger Baustein, um die CO2-Emissionen des Verkehrs zu senken. Aber wie wirtschaftlich ist es, auch Schwerlast-Lkw mit 40 Tonnen Nutzlast über lange Distanzen rein batterieelektrisch zu betreiben? Allein wegen des Batteriegewichts, der langen Ladezeiten und begrenzten Reichweiten sei der Elektroantrieb mit aktueller Batterietechnik für schwere Nutzfahrzeuge nicht die erste Wahl, so der Zulieferer Bosch.
Trotzdem werden auch 40-Tonner in naher Zukunft über tausend Kilometer rein elektrisch unterwegs sein können. Der Schlüssel dazu liegt im Brennstoffzellenantrieb. Dieser ermöglicht bei Einsatz von regenerativ erzeugtem Wasserstoff den klimaneutralen Transport von Waren und Gütern. Bosch entwickelt den Brennstoffzellenantrieb zunächst vor allem mit Fokus auf Lkw und plant, 2022/23 in Serie zu gehen. Ausgehend von den Nutzfahrzeugen sollen Brennstoffzellen-Antriebe in Zukunft dann auch im Pkw vermehrt zum Einsatz kommen und aus guten Gründen fester Bestandteil des Antriebsportfolios der Zukunft sein.
Sieben Gründe, warum Brennstoffzelle und Wasserstoff entscheidende Bausteine künftiger Mobilität sind:
1. Klimaneutralität
In der Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff (H2) mit Sauerstoff (O2) aus der Umgebungsluft. Dabei wird der Wasserstoff in elektrische Energie gewandelt, die zum Fahren genutzt wird. Zudem entsteht Wärme und reines Wasser (H2O). Gewonnen wird H2 mittels der sogenannten Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt wird. Kommt hierfür regenerativer Strom zum Einsatz, arbeitet der Brennstoffzellenantrieb komplett klimaneutral. Seine CO2-Bilanz ist gerade bei großen, schweren Fahrzeugen besser als beim rein batterieelektrischen Antrieb, wenn man den CO2-Ausstoß für Produktion, Betrieb und Entsorgung zusammenrechnet.
Es genügt in Brennstoffzellen-Fahrzeugen neben dem Wasserstofftank eine deutlich kleinere Batterie als Zwischenpuffer/-speicher. Dies senkt den bei der Herstellung entstehenden CO2-Fußabdruck wesentlich. „Die Brennstoffzelle spielt ihre Vorteile genau in den Bereichen aus, in denen der batterieelektrische Antrieb nicht punkten kann“, erklärt Dr. Uwe Gackstatter, Vorsitzender des Bosch-Geschäftsbereichs Powertrain Solutions. „Brennstoffzelle und Batterie stehen daher nicht im Wettbewerb, sondern ergänzen einander perfekt.“
2. Einsatzmöglichkeiten
Wasserstoff hat eine hohe Energiedichte. Ein Kilogramm Wasserstoff enthält so viel Energie wie 3,3 Liter Diesel. Für 100 Kilometer genügt einem Pkw rund ein Kilogramm, ein 40-Tonner braucht gut sieben Kilogramm. Ist der Tank leer, kann H2, wie bei einem Diesel oder Benziner, in wenigen Minuten aufgefüllt werden und die Fahrt geht weiter. „Die Brennstoffzelle ist erste Wahl, wenn täglich viele Kilometer und größere Lasten bewegt werden müssen“, fasst Gackstatter die Vorteile zusammen.
Im EU-geförderten Projekt H2Haul baut Bosch derzeit mit anderen Unternehmen eine kleine Flotte von Brennstoffzellen-Lkw auf und bringt sie auf die Straße. Neben den mobilen Anwendungen entwickelt Bosch auch Brennstoffzellen-Stacks für stationäre Anwendungen mit SOFC-Technologie (Festoxid-Brennstoffzelle). Diese sollen unter anderem in Form kleiner dezentraler Kraftwerke in Städten, Rechenzentren und beim Betreiben von Ladesäulen für Elektroautos zum Einsatz kommen. Um die Pariser Klimaschutzziele zu erreichen, soll Wasserstoff künftig nicht nur Pkw und Nutzfahrzeuge antreiben, sondern auch Züge, Flugzeuge und Schiffe. Und auch die Energiewirtschaft und die Stahlindustrie plant mit Wasserstoff.
3. Wirkungsgrad
Entscheidend für Klimafreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit eines Antriebs ist unter anderem dessen Wirkungsgrad. Dieser ist bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen rund ein Viertel höher als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Die Möglichkeit der Rückgewinnung von Bremsenergie erhöht die Effizienz weiter. Noch effizienter arbeiten zwar rein batterieelektrische Fahrzeuge, die Strom direkt im Fahrzeug speichern und zum Vortrieb nutzen können. Da Energieerzeugung und Energienachfrage aber nicht immer zeitlich und räumlich zusammenfallen, bleibt Strom von Wind- und Solaranlagen oftmals ungenutzt, weil er keinen Abnehmer findet und nicht gespeichert werden kann. Hier kann Wasserstoff punkten. Mit dem überschüssigen Strom lässt er sich dezentral erzeugen, flexibel speichern und transportieren.
4. Kosten
Mit dem Aufbau größerer Produktionskapazitäten sowie sinkender Preise für regenerativen Strom werden die Kosten zur Herstellung von grünem Wasserstoff deutlich sinken. So erwartet das Hydrogen Council, ein Verband von über 90 internationalen Unternehmen, bei vielen Wasserstoff-Anwendungen in den kommenden zehn Jahren eine Halbierung der Kosten – und damit die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber anderen Technologien. Den Stack, das Herzstück der Brennstoffzelle, entwickelt Bosch derzeit gemeinsam mit dem Start-up Powercell zur Marktreife und wird ihn anschließend in Serie fertigen. Ziel ist eine leistungsfähige Lösung, die sich kostengünstig herstellen lässt. „Mittelfristig wird die Nutzung eines Fahrzeugs mit Brennstoffzelle nicht teurer sein als mit einem konventionellen Antrieb“, sagt Gackstatter.
5. Infrastruktur
Das derzeitige Wasserstofftankstellennetz ist noch nicht flächendeckend verfügbar. Die rund 180 Wasserstofftankstellen in Europa genügen allerdings bereits für einige wichtige Transportrouten. Um den Ausbau weiter voranzutreiben, kooperieren Unternehmen in vielen Ländern, oftmals unterstützt durch staatliche Fördermittel. Auch in Deutschland hat die Politik die Rolle von Wasserstoff als wichtigen Defossilisierungspfad erkannt und in der Nationalen Wasserstoffstrategie verankert. Das Gemeinschaftsunternehmen H2 Mobility zum Beispiel will in Deutschland bis Ende 2020 rund 100 frei zugängliche Tankstellen errichtet haben, und im EU-geförderten Projekt H2Haul werden nicht nur die Lkw, sondern auch die auf den geplanten Routen erforderlichen Tankstellen aufgebaut. In Japan, China oder Südkorea gibt es ebenfalls umfassende Förderprogramme.
6. Sicherheit
Der Einsatz von gasförmigem Wasserstoff in Fahrzeugen ist sicher und nicht gefährlicher als andere Auto-Treibstoffe oder Batterien. Von Wasserstofftanks geht keine erhöhte Explosionsgefahr aus. Zwar brennt H2 in Verbindung mit Sauerstoff und ab einem bestimmten Verhältnis ist ein Gemisch auch explosiv. Aber Wasserstoff ist rund 14-mal leichter als Luft und daher extrem flüchtig. Tritt H2 beispielsweise aus einem Fahrzeugtank aus, steigt es schneller auf, als es sich mit dem Umgebungssauerstoff verbinden kann. In einem Feuertest von US-Forschern im Jahr 2003 kam es beim Brennstoffzellenauto zwar zu einer Stichflamme, sie erlosch jedoch schnell wieder. Das Fahrzeug blieb weitgehend unversehrt.
7. Zeitpunkt
Die Erzeugung von Wasserstoff ist bewährt und technologisch beherrschbar. Bei entsprechender Nachfrage kann die Produktion daher zügig hochgefahren werden. Zudem hat die Brennstoffzelle heute eine technologische Reife zur Industrialisierung und zum Einsatz in der Breite erreicht. Entsprechende Investitionen und politischer Wille vorausgesetzt, kann die Wasserstoffwirtschaft dem Hydrogen Council zufolge in den kommenden zehn Jahren wettbewerbsfähig werden. „Die Zeit für den Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft ist jetzt“, sagt Gackstatter.
Quelle: Bosch – Pressemitteilung vom 02.09.2020
Schiffe & LkW OK
Wieso ist Punkt 5 [Infrastrucktur] ein Grund, warum Brennstoffzelle und Wasserstoff wichtige Bausteine künftiger Mobilität sind. Flächendeckende Tankstellen für PKW sind eher als problematisch zu bewerten. Auf den BAB Tankstellen LKW mit Wasserstoff zu befüllen ist wahrscheinlich leichter zu realisieren.
Und die erneuerbare Energie dafür wächst auf den Bäumen. Ohne zigtausend neue Windräder wird das nichts mit grünem Wasserstoff. Und sich wieder in Abhängigkeit von Diktaturen wie den Saudis oder Russland zu begeben, um Wasserstoff zu importieren ist auch verrückt.
Zu 3: Wirkungsgrad ein Viertel höher als Verbrenner ist überhaupt nicht ambitioniert.
Zu 4: Artikel ist zu den Kosten wenig konkret und scheint auch wenig ambitioniert zu sein.
Denke so wenig ambitioniert und unkonkret lässt sich diese Technologie kaum erfolgreich promoten.
Batterie-Elektrisch, was sonst…
„… sinkender Preise für regenerativen Strom werden die Kosten zur Herstellung von grünem Wasserstoff deutlich sinken.“
Ich verstehe diese Logik nicht. Dann ist es immer noch ca. 3x billiger, den Strom direkt zu verwenden. Nur in Nischen, wo das wirklich nicht geht, besteht für Wasserstoff eine Chance. Vielleicht aber auch für ganz andere Lösungen. Eine bewährte Methode zum nationalen und internationalen Schwertransport nennt sich Eisenbahn und ist auf den Fernstrecken weitgehend elektrifiziert.
„Seine CO2-Bilanz ist gerade bei großen, schweren Fahrzeugen besser als beim rein batterieelektrischen Antrieb, wenn man den CO2-Ausstoß für Produktion, Betrieb und Entsorgung zusammenrechnet.“
》Das Argument betr. Klimaneutralität ist nicht zu Ende gedacht und tendenziös dargestellt. Entweder man nimmt für alle Vergleiche den Strommix zur Grundlage oder überall CO2-neutralen regenerativen Strom. In beiden Fällen wird die Brennstoffzelle deutlich schlechter dastehen. Die Brennstoffzelle gewinnt nur dann den Vergleich, wenn man bei der Akkuproduktion und bei der Entsorgung mit dem Strommix oder gar Kohlestrom rechnet und beim Betrieb mit 100% regenerativem Strom. Seriosität sieht anders aus…
„Die Brennstoffzelle spielt ihre Vorteile genau in den Bereichen aus, in denen der batterieelektrische Antrieb nicht punkten kann“
》einverstanden, sofern es sich nur um Luftfahrzeige handelt. Alle Ladeprobleme für Fahrzeuge auf der Strasse oder im Wasser sind lösbar.
Endlich mal ein Beitrag der nicht nur eine Technologie in den Himmel lobt sondern die eigenen Vorteile hervorhebt aber auch auf die Nachteile hinweist. Ich selbst denke auch das für die Langstrecke ein Brennstoffzellenauto sehr viel Sinn macht. Ich habe mittlerweile Weile auch interessante Batterie Auto Fahrer kennengelernt aber ich bin ehrlich das diese Fahrweise nichts für mich wäre. Es scheitert ja leider schon an den ladesäulen in meiner Umgebung. Da wünsche ich mir schon das klassische tanken Modell. Und dafür ist Wasserstoff ideal. Zumal können wir dann endlich Stromspitzen effektiv nutzen.
Ich verstehe nicht, warum so viele so gern zur Tankstelle fahren. Mein Elektroauto ist jeden Morgen 100% aufgeladen. Ich sehe Tankstellen nur aus der Ferne.
Scheinbar wollen einige Leute nicht, dass der Verkehr rein elektrisch funktioniert, also ohne den Umweg über eine doppelte stoffliche Umwandlung.
Das Geld für zusätzliche Autobahnen und Strassen sollte in Schienen investiert werden, dadurch könnte der Großteil des Güterverkehrs auf die Schiene verlegt und für den Rest könnten kleinere Lieferfahrzeuge mit Batterieantrieb genutzt werden.
Wenn dann auch noch Heizung und Kühlung von Gebäuden auf elektrische Wärmepumpen umgestellt würden, dann entfielen auch die vielen Transporte von Heizöl und Pellets. Dazu noch viel mehr Windräder im eigenen Land (keine Abhängigkeit von Diktaturen, keine riesigen Stromtrassen quer durch Europa) für Ökostrom und Solaranlagen auf die Dächer, u.a. für günstigen Vorort-Strom der Klimanalagen im Sommer und zur Unterstützung der Wärmepumpe im Winter.
Vieles ließe sich rein elektrisch realisieren:
– ohne Wasserstoff – erspart viele Resourcen in unnötigerweise zuviel gebauter Windräder und Solaranlagen
– ohne Peletts – vermeidet unnötigen Transport und illegale Holzbeschaffung in Urwäldern
– ohne Biokraftstoffe, ohne syntetische Kraftstoffe und was es da noch so alles gibt, die zur Herstellung viel Strom und / oder fossile Energie verbrauchen
Rein elektrisch wäre so einfach, wenn es nur nicht soviele Lobbyisten gäbe, die das verhindern wollen, und Politiker, die allzu gerne die Hand aufhalten (teuer bezahlte Vorträge, Spenden, Sponsoring, Aufsichtsratspöstchen u.ä.).
Bislang ist Tesla das einzige Elektroauto das sich bei der Ladesäule authentifizieren kann um nicht zeitraubend Ladekarten oder Smartphones für die Freischaltung der Ladesäule einsetzen zu müssen.
Mittelfristig wird es Elektroautos höheren Ladeleistungen als heutige Porsches geben, die sich bei der Ladesäule wie ein Tesla selbst per Plug & Charge authentifizieren können.
Es gibt hierzu den ISO 15118 Standard.
Bei Wasserstoffautos wird es schwieriger, da es keine elektrische Verbindung zur Wasserstofftankstelle gibt.
Selbst große Akkus sind nicht wirklich schlechter als kleine. Der Abdruck ist zwar größer, die Leistung aber ebenso. Sprich mehr/weiter kann damit etwas transportiert werden.
Nur das höhere Gewicht wirkt etwas nachteilig aus.
Wir lasen eine Werbeeinschaltung der Gasindustrie und der Tankstellenbetreiber.
Die frage ist wieviel Energie verbrauche uch für die Produktion von Wasserstoff, wueviel für den Transport und alleine für das Betanken mit 700 bar (Hochdruck Pumpen) und wieviel Verluste habe noch beim umwandeln bus ich den LKW bewege.
Ich habe den Eindruck, die meisten Kommentatoren haben die Pressemitteilung der Firma Bosch nicht vollständig gelesen oder verstanden. Es ist nicht zielführend, nur schwarz oder weiß zu denken. Die je nach Anforderung richtige Kombination aus Batteriespeicher und Wasserstoff + Brennstoffzelle wird die sich zukünftig durchsetzen. Egal, was mancher Pseudoexperte hier so zum besten gibt.
Zu Punkt 0
Das Bild ist ja wohl mehr als wasserstofffreundlich dargestellt. Damit ein LKW eine vernünftige Reichweite hat braucht er 80-100 kg Wasserstoff in Tank. Das entspricht bei einem Basisdruck von 300 bar einem Volumen von 3,5 m³. Diese sind aber nicht abgebildet.
Zu Punkt 1
Klimaneutral ist es nur mit grünem Wasserstoff. Den gibt es aber in Wirklichkeit gar nicht zu kaufen! Sollte es einmal tatsächlich grünen Wasserstoff an der Tankstelle geben der ohne Subvention und mit Steueraufschlag verkauft wird dann kostet das Kilo höchstwahrscheinlich 30€. Das wäre wirtschaftlich nicht möglich am Markt zu existieren. Zurzeit gibt es nur hochsubventionierten grauen Wasserstoff der pro 1kg Wasserstoff 10 kg CO2 freisetzt, nicht versteuert ist, und der kostet schon 9 € pro kg.
Zu Punkt 2
Die Energiedichte wird bei Wasserstoff gerne auf das Gewicht bezogen. Nimmt man das Volumen und die Nutzbare Energie sind wir bei 0,36 kWh/l bei 300 bar. Und alle Forschung der Welt wird diesen Wert nicht verändern können. Die Energiedichte bei Lithium-Ionen Akkus liegt bei 0,4 kWh/l, und hier wird die Forschung in den nächsten Jahren Energiedichten von 0,6 bis 0,9 auf den Markt bringen. Wobei das Gewicht pro kg auch ständig fällt.
Zu Punkt 3
Beim Wirkungsgrad nimmt man immer den alten Verbrenner im Vergleich. Ich bin ja schon froh, dass nicht noch die Dampfmaschine mit 15% Wirkungsgrad genommen wird. Systembedingt ist aber der Wirkungsgrad des Wasserstoffpfads bei etwa 20%. Das heißt 80 % sind Verlust von Windrad bis zu LKW-rad. Batteriesysteme liegen im Wirkungsgrad bei 80-90%.
Zu Punkt 4
Hier wird immer am meisten geschummelt. Als ob jemand bereit wäre Energie zu verschenken?? Überschüssige Energie ist ein Märchen. Und die fixen Kosten für die mehrfache Umwandlung der Energie setzt man einfach auf null. Eine Elekrolyseeinheit kostet eben nicht Null Euro und hält ewig. Der Verflüssiger, Transporter und Tankstelle kosten auch nicht Null Euro und halten ewig. Auch die Brennstoffzelle träumt schon seit Jahren von einer Verbilligung. Hier soll dann der Staat einspringen und mit Subventionen das finanzielle Loch füllen.
Mal als Beispiel: Eine Wasserstofftankstelle kostet 1,5 Millionen Euro und hat zudem jährliche Grundkosten. Für einen guten Investor sollte sich die Investition in 10 Jahren amortisieren. Pro Stunde können 20 kg Wasserstoff verkauft werden. Am Tag etwa 200 kg, im Jahr 60 Tonnen und in 10 Jahren 600 Tonnen. Allein der Tankstellenbetreiber müsste einen Aufschlag von 5€ pro kg nehmen um wenigstens ein bisschen Gewinn zu machen. So sieht es auch aus bei der Elektrolyseeinheit, beim Verflüssiger und beim Transport.
Zu Punkt 5
Wir sind eins der wenigen Länder die diesen Irrweg des Wasserstoffs unterstützen. Damit bleibt dem H2-LKW nur der Transportweg innerhalb Deutschlands. Auch nicht die schönste Zukunft.
Zu Punkt 6
Wasserstoff ist ein brennbares Gas und es ist höchst gefährlich. Wenn 80 kg Wasserstoff bei 300 bar explodieren sieht der Schaden schon größer als bei dem kleinen Experiment das da immer wieder angeführt wird. Man sollte sich mal die Bilder der explodierten Tankstelle in Norwegen ansehen.
Zu Punkt 7
Der Zeitpunkt eine Technologie einzuführen die eine regelrechte Energievernichtungskaskade unterstützt ist immer falsch.
Ich habe ja vollstes Verständnis, wenn Bosch sich die Fördergelder des Bundes sichern will. Einem geschenkten Gaul schaut man nicht ins Maul. Wenn dann am Ende auch kein Erfolg da ist, braucht man die Fördergelder auch nicht zurückzuzahlen. Aber der Bosch-Konzern arbeitet auch auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Akkus und sparsamen Elektromotoren. Bleiben irgendwann die Fördergelder für Wasserstoff aus stört das den Gesamtkonzern wenig.
Würde der Bund Fördergelder für die Erforschung einer neuen Glühlampe mit doppeltem Wirkungsgrad anbieten würde Osram sich da wahrscheinlich auch beteiligen.