Alternative Antriebe

Ist der Wasserstoff ein Klimaretter im LKW?

Wasserstoff und Brennstoffzelle rücken in der aktuellen Diskussion wieder stärker in den Mittelpunkt. Gerade wenn es um den Schwerverkehr geht. Experten verlangen nun einen raschen Ausbau der Infrastruktur und eine Förderung ähnlich wie bei der E-Mobilität. TRAKTUELL hat bei TU-Professor Bernhard Geringer über die aktuelle Situation in einem Interview nachgefragt.

Die Ausgangsfrage sollte immer lauten: Warum suchen wir überhaupt nach Alternativen zu konventionellen Antrieben? Die Antwort: Durch die Anwendung alternativer Lösungen sollen die Klimaziele erreicht werden. Doch die Zeit sitzt uns eisern im Nacken und macht ein rasches Handeln ohne große Umwege notwendig.

Das macht uns fehleranfällig, denn nicht jede Überlegung ist schlussendlich auch zielführend. Doch Zeit für lange Debatten können wir uns nicht leisten: So fordert der Verband der Automobilindustrie (VDA) den raschen Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in Deutschland, damit flächendeckend H2 getankt werden kann.

Wasserstoffinfrastruktur dringend notwendig

Die VDA-Präsidentin Hildegard Müller sagte diesbezüglich mit Vehemenz: „Wir brauchen E-Fuels und Wasserstoff aus nachhaltigen Energiequellen, um auch bei den Millionen Pkw im Bestand die Klimaziele zu erreichen.“ Neben dem E-Fahrzeug werde es auch neue, sparsame Pkw und Lkw mit Verbrennungsmotor geben.

Daher sei auch die Forschung und Entwicklung klimafreundlicher Antriebe mit synthetischen Kraftstoffen und die Verwendung von Wasserstoff wesentlich, so die Vorsitzende. Mit dem Aufbau größerer Produktionskapazitäten sowie sinkender Preise für regenerativen Strom würden 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.

Gerade im Bereich schwerer Nutzfahrzeuge sehen Experten gute Chancen, dass sich die Verbindung aus Sauerstoff und Wasser etablieren kann. Die Emissionen im Schwerverkehr sollen dadurch gesenkt werden. Bei Überschreitungen der CO2-Emissionsvorgaben der EU werden sonst Strafzahlungen fällig.

Das sieht letztlich auch die Industrie so, die mahnend nach mehr Infrastruktur verlangt, mit der ihre Wasserstoff-Trucks betrieben werden können. Rosig sieht es hier aktuell – zumindest hierzulande – wirklich nicht aus. Für verflüssigtes Gas (LNG) gibt es zumindest zwei Adressen für Wasserstoff-Lkw: in Oberösterreich (Ennshafen) und der Steiermark (Graz).

Elektromotor, aber vergleichsweise Batterie 

Zwar arbeitet die RAG Austria gemeinsam mit Hitachi Zosen Inova an sogenanntem „Bio-LNG“, doch Wasserstoff besitzt den Vorteil, dass kein Kompost-Gas notwendig ist, sondern das häufig vorkommende geruchlose Gas mithilfe von Brennstoffzellen im Fahrzeug Elektrizität erzeugt, die für Antrieb sorgt. Konkret reagiert in der Brennstoffzelle Wasserstoff (H2) mit Sauerstoff (O2) aus der Umgebungsluft. Dabei wird der Wasserstoff in elektrische Energie gewandelt, die zum Fahren genutzt wird“, erklärt Uwe Gackstatter, Vorsitzender des Bosch-Wasserstoff Geschäftsbereichs Powertrain Solutions.

Regenerative Herstellung nur mit Ökostrom

Gewonnen wird H2 mittels Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt wird. Voraussetzung für einen klimaneutralen Betrieb ist aber, dass der Strom zur Herstellung des Wasserstoffes aus regenerativen Quellen stammt – Wasser, Luft oder Sonne. Wenn diese Faktoren jedoch ineinandergreifen, dann kann ein Nutzfahrzeug eine deutlich bessere CO2-Bilanz aufweisen, als konventionelle Verbrenner. Im Gegensatz zu einem Elektrotruck genügt in Brennstoffzellen-Fahrzeugen neben dem Wasserstofftank eine deutlich kleinere Batterie als Zwischenspeicher. Dies senkt den bei der Herstellung entstehenden CO2-Fußabdruck.

Wirkungsgrad hat eine hohe Relevanz

Gackstatter sieht aber keinen Konkurrenzkampf zwischen E-Antrieb und Wasserstoff, denn die Brennstoffzelle würde ihren Vorteil genau in den Bereichen ausspielen, in denen der batterieelektrische Antrieb nicht punkten kann – nämlich bei längeren Distanzen. Ein Vorteil gegenüber konventionellen Verbrennern ist, dass Wasserstoff eine hohe Energiedichte hat: 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. Auch der Wirkungsgrad sei laut Gackstatter rund ein Viertel höher als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren.

Kein Problem in Sachen Sicherheit

Zwar brennt H2 in Verbindung mit Sauerstoff und ab einem bestimmten Verhältnis ist ein Gemisch auch explosiv. Was die Sicherheit angeht, ist der Einsatz von gasförmigem Wasserstoff in Fahrzeugen jedoch nicht gefährlicher als andere Auto-Treibstoffe oder Batterien. Bernhard Geringer von der TU Wien sieht kein Problem für die Sicherheit: „Die H2-Tanks haben sich schon bestens bewährt. Manche sehen sogar eine geringere Gefahr als bei Benzin als Treibstoff. Wenn man sogar Flüssigwasserstoff bei einer Kühlung von minus 253 Grad Celsius vorsieht, ist das noch weniger kritisch hinsichtlich Sicherheit.“ Bestehen bleibt jedoch das Problem der Wasserstoffdiffusion, da H2 die Eigenschaft besitzt sich aus den Leitungen zu verflüchtigen.

TRAKTUELL: Herr Professor Geringer, was muss denn Ihrer Ansicht noch getan werden, damit H2-Trucks hierzulande überhaupt einmal in Fahrt kommen bzw. was wurde denn schon getan? 

Bernhard Geringer: Das sind insbesondere drei Punkte: Erstens: Die Infrastruktur massiv forcieren. Hier vor allem die Wasserstofftankstelle und die Produktion von „grünem“ Wasserstoff. Zweitens: Die Wasserstofftechnik weiter entwickeln, damit diese ausreichend Lebensdauer für Lastwagen bietet. Drittens braucht es eine Förderung, ähnlich wie bei der E-Mobilität, um die Initialzündung des Hochlaufs schneller zu gestalten.

TRAKTUELL: In der Diskussion wird immer wieder erwähnt, dass E-Laster mit ihren schweren Traktionsbatterien ungeeignet sind, insbesondere dann, wenn es um den Fernverkehr geht. Hier könnte Wasserstoff in Verbindung mit der Brennstoffzelle die erste Wahl nach dem reinen Verbrenner werden. Wie sehen Sie das?

Bernhard Geringer: Ich sehe das genauso. Nicht nur die schweren Batterien sind ein Thema, die lange Ladezeit ist ebenso ein Problem. Momentan geht man bei E-Fernlastern mit 400 Kilometern Reichweite und von einem Ladevorgang mit einem Megawatt (also 1000 Kilowatt) bei rund 45 Minuten Ladezeit aus.

Das sind irrsinnige Anforderungen und senken die Batterielebensdauer. Überdies ist es sehr teuer und aufwändig, eine Ladeinfrastruktur aufzubauen. Da würde es schon ein kleines Kraftwerk direkt an der Ladestation benötigen, damit drei bis vier Laster gleichzeitig geladen werden. Zudem müsste der Strom „grün“ sein. Das wäre eine eigene Trafostation notwendig, die Zuleitungen wären ein Irrsinn.

TRAKTUELL: Zusätzlich kommt in der Diskussion rund um alternative Antriebe auch immer wieder das Thema der E-Fuels auf. Jedoch stecken diese noch im Forschungsstadium fest, müssten auch erst monetarisiert werden usw. Glauben Sie, dass der H2-Antrieb im schweren Nutzfahrzeugsegment Verbrenner mit E-Fuels um Meilen überrundet haben wird, sollten diese eines Tages tatsächlich bei den Lkw-Tankstellen landen? 

Bernhard Geringer: Das ist schwierige Frage und hängt sehr stark von der Bereitschaft an Investitionen ab. Letztere sind auch wieder stark getrieben von Politik und Meinungsmache. Aktuell hat jedenfalls in Europa das reine E-Fahrzeug in der Politik die absolute Oberhand, Fuel Cell und Wasserstoff kommen langsam. Bis Sie sich wirklich verbreitet haben, dauert es noch. E-Fuels haben den Reiz auch alte Fahrzeug kurzfristig umzustellen oder auch E-Fuels in allen Mischungsvarianten beizumischen.

Die Infrastruktur für das Tanken und die Fahrzeuge ist weltweit da. Problem hier ist aber die Herstellung und vor allem der Aufbau solcher Anlagen für die E-Fuel Produktion – und der grüne Strom für die E-Fuel-Herstellung. Die Firmen reden von zehn Jahren aufwärts. Sprich eine Dreiphasenstrategie: E-Laster kurzfristig und eher im Verteilerbereich, mittelfristig Fuel Cell und H2 und sobald E-Fuels da sind, auch diese.

TRAKTUELL: Allgemein gefragt, wie sehen Sie die Prognose für die kommenden Jahre, wenn es um den Wasserstoffantrieb von Lkw geht - eine Nischenlösung oder reichlich Potenzial vorhanden? 

Bernhard Geringer: Die nächsten drei Jahren bleibt der Wasserstoffantrieb sicher eine Nische und es erfolgt ein langsamer Hochlauf. Danach – allein schon bei den aktuellen CO2-Vorgaben – ein Muss!