Die Vorteile zum batteriebetriebenen Elektrofahrzeug sind nicht von der Hand zu weisen: Der Wasserstofftank ist im Nu gefüllt und die Reichweite der wasserstoffbetriebenen Elektrofahrzeuge liegt über jener der akkubetriebenen. (Foto: eCarandBike.com)

FH Campus Lectures trägt zur Klärung künftiger Antriebsformen bei:

Behält der Wasserstoff die Oberhand?

Ist die Brennstoffzellen-Technologie der Schlüssel zur Zukunft? eCarandBike ging den Fakten auf den Grund.
(Foto: Hyundai)

Gegner von batterieelektrischen Fahrzeugen punkten gerne mit dem Satz »Es kommt sowieso die Wasserstoff-Variante«. Dessen sind sich auch viele Experten sicher – allerdings nur im Mix beider Elektroantriebsformen. Im Rahmen der FH Campus Lectures sprachen Experten darüber, was uns erwarten wird.

von Thomas Buchbauer

Um es vorweg auf den Punkt zu bringen: Beide Formen der Elektromobilität werden ihre Berechtigung haben – sowohl jene, bei der die Elektromotoren in Fahrzeugen von Batterien betrieben werden, als auch jene, bei der Brennstoffzellen aus Wasserstoff Strom produzieren und damit den Antrieb der Elektromotoren gewährleisten. Das bestätigten auch die Vortragenden Thomas Rührlinger und David Lechner von der Fronius International GmbH sowie Roland Punzengruber, Managing Director bei der Hyundai Import GmbH vor einiger Zeit im Rahmen der Campus Lectures am FH Campus Wien.

Luft nach oben?

Das Rollout der Wasserstofftechnologie geht derzeit allerdings noch zögerlich voran. Vor allem der Ausbau der Betankungsinfrastruktur lässt weiter auf sich warten. Auf Anfrage von eCarandBike.com heißt es von Seiten des heimischen Erdölkonzerns OMV:

 

[caption id="attachment_75160" align="alignright" width="300"] Das oberösterreichische Technologieunternehmen Fronius hat sie: Die Lösung Wasserstoff aus grünem Strom zu gewinnen und damit Fahrzeuge zu betanken. (Foto: eCarandBike.com)[/caption] „Die OMV betreibt derzeit fünf öffentliche Wasserstofftankstellen in Österreich und hat so das Durchqueren Österreichs für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge vom Norden in den Süden wie auch von Westen in den Osten und umgekehrt ermöglicht.“ Während es also in Österreich derzeit nur eine Hand voll Wasserstoff-Betankungsanlagen gibt und die Pläne für eine Erweiterung noch nicht am Tisch liegen, will man in Ländern wie Japan bis zum Jahr 2030 rund 900* dieser Anlagen schaffen, fasste Thomas Rührlinger unter anderem zusammen. Aus der Sicht der OMV steckt die Wasserstoffmobilität zwar heute noch in den Kinderschuhen, hat aber zukünftig Potenzial: „Vor allem für den Schwerverkehr wird sie eine entscheidende Rolle spielen – beispielweise im Vergleich zu der Batterie-Elektromobilität, die im PKW-Bereich für kürzere Strecken eine gute und sinnvolle Lösung ist“, so die Reaktion der OMV im O-Ton. Dass der Erdöl-Konzern bei der Produktion von Wasserstoff aktuell auf fossile Energieträger setzt, erklärt man folgendermaßen: „Die Gewinnung von Wasserstoff als Energieträger erfolgt derzeit beinahe ausschließlich aus fossilen Energieträgern mit der Methode der Dampfreformierung. Die Raffinerie Schwechat kann zum Beispiel jährlich rund 50.000 Tonnen Wasserstoff produzieren“, heißt es in der Stellungnahme der OMV.
Grüner Wasserstoff
Bei der Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Energieträgern soll es aber auch bei der OMV nicht alleine bleiben: „Wir forschen gemeinsam mit Partnern an Erzeugungsmethoden für Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wie Solarenergie oder Windstrom“, lautet es auf unsere Anfrage. Eines der Projekte trägt den Projektnamen »UpHy« wie nun bekannt wurde – dabei handelt es sich um eine Zusammenarbeit von OMV und Verbund, in dem es um die Herstellung von grünen Wasserstoff für die Anwendung in der Mobilität und im Raffinerie-Prozess geht. Auch das österreichische Technologieunternehmen Fronius will seinen Beitrag zur wasserstoffbetriebenen Elektromobilität leisten und stellte vor Kurzem SolH2ub im Beisein der eCarandBike-Redaktion (siehe Ausgabe 01/2019) vor. Das Credo von Fronius ist es, mit Überschussstrom z.B. aus Photovoltaikanlagen mittels Elektrolyse Wasserstoff herzustellen, um damit die Fahrzeuge zu betanken. Genauso wie es das Ziel sein muss, den Strom für das Laden batterieelektrischer Fahrzeuge aus erneuerbarer Energie zu gewinnen, muss auch die Herstellung von Wasserstoff für die Brennstoffzellen erneuerbaren Ursprung haben, heißt es von Seiten des oberösterreichischen Unternehmens.
Noch zu hohe Kosten
[caption id="attachment_75161" align="alignright" width="300"] Mit Systemen wie SolH2ub von Fronius den Wasserstoff erzeugen und hinten kommt nur Wasserdampf heraus – eine ideale Kombination. (Foto: eCarandBike.com)[/caption] Während die Hersteller von batterieelektrischen Fahrzeugen nach wie vor vor allem an einer Reichweitensteigerung sowie an der Reduzierung des Rohstoffeinsatzes bei den Akkus und der Ladezeit arbeiten, machen den Produzenten der wasserstoffbetriebenen Elektrofahrzeuge vor allem die Kosten der Brennstoffzelle zu schaffen. Der koreanische Hersteller Hyundai, der Fahrzeuge aller Antriebsarten anbietet, und laut eigenen Angaben weltweit die Nummer 2 bei verkauften Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antrieb ist, weiß davon ein Lied zu singen. Roland Punzengruber, der mit dem Nexo (der eCarandBike-Testbericht in Kürze an dieser Stelle zu lesen) bei Hyundai Österreich seit Kurzem ein weiteres wasserstoffbetriebenes Modell nach dem ix35 Fuel Cell anzubieten hat, verriet im Rahmen seines Vortrages bei den Campus Lectures, dass der Preis der Wasserstoff-Fahrzeuge (der Nexo ist um rund 65.000 Euro netto zu haben) derzeit noch gestützt sei. Trotzdem seit 1994 über 800 Ingenieure bei Hyundai an der Entwicklung der Brennstoffzelle arbeiten – der Nexo ist die fünfte Generation Wasserstofffahrzeuge im Konzern, die zweite, die auch in Serie ging – bewegen sich die echten Entstehungskosten des Nexo auf Grund der hohen Kosten der Brennstoffzelle deutlich im sechsstelligen Bereich. Die vielen Edelmetalle – allen voran Platin – machen die Brennstoffzelle teuer. „Einer der Forschungsschwerpunkte in der Brennstoffzellentechnik ist der Ersatz der Membrantechnologie durch Kunststoffe – der Durchbruch ist im Gange. Danach wird die Zelle nur noch einen Bruchteil dessen kosten, was heute zu Buche steht. Hyundai geht davon aus, dass die Brennstoffzellenfahrzeuge im Jahr 2030 das gleiche Preisniveau erreicht haben wird, wie das der heutigen Dieselfahrzeuge“, kündigte Punzengruber an. [gallery type="columns" ids="75158,75156,75159"]
Erste Wasserstoff-LKWs stehen vor der Auslieferung
Dass der Wasserstoff-Hype auch die LKW-Branche erfassen wird, steht im Kreise der Experten außer Frage. Innerhalb der nächsten fünf Jahre sollen laut Punzengruber rund 1.000 FCEV Kühl-LKW nach Europa geliefert werden – der Startschuss für die Auslieferung fällt noch heuer. Die Supermarktkette MPreis soll dann im Jahr 2020 die ersten 50 wasserstoffgetriebenen Hyundai-LKWs in Österreich bekommen – sie werden eine Reichweite von 400 km haben und innerhalb von 4 Minuten betankbar sein. Im Jahr 2021 will Hyundai in Europa im Bereich der Personenbusse loslegen und die Betankungsanlagen-Infrastruktur mitentwickeln, kündigte Punzengruber abschließend an. Schließlich hat man es ähnlich wie bei der Ladeinfrastruktur für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge auch hier mit dem Henne-Ei-Prinzip zu tun und eine funktionierende Infrastruktur wird ausschlaggebend für das Durchsetzen der Wasserstofftechnologie sein.
Schulterschluss erforderlich
Die OMV hat mit dem Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur bereits 2012 begonnen, in Vorleistung zu gehen. Vorleistung ist deshalb zu betonen, weil die Anzahl der Wasserstoffautos auf Österreichs Straßen bis heute überschaubar ist – laut Statistik Austria (Stand Dezember 2018) sind in Österreich insgesamt 24 Wasserstoffautos zugelassen“, betont die OMV in ihrer Stellungnahme eCarandBike.com gegenüber. „Um der Wasserstoffmobilität für die Zukunft zum Durchbruch zu verhelfen, braucht es einen noch viel stärkeren Schulterschluss zwischen einzelnen beteiligten Sektoren, also zwischen Wasserstoffproduzenten, Infrastrukturbetreibern, Automobilherstellern und letztendlich auch den Abnehmern“, meint auch die OMV in einem abschließenden Statement.
Wasserstoff-Fahrplan für 2030
Die Hyundai Motor Group (HMG) will mit der Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnik den Aufbau einer Wasserstoff-Gesellschaft vorantreiben. Im Unternehmensplan »FCEV Vision 203« (FCEV steht für Fuel Cell Electric Vehicle) kündigt die Hyundai Motor Group mit den Automobilmarken Hyundai und Kia an, die Produktionskapazität für Brennstoffzellensysteme bis 2030 auf 700.000 Einheiten pro Jahr aufzustocken. Als ersten Schritt zur Umsetzung der »FCEV Vision 2030« hat Hyundai Mobis Co., die Tochtergesellschaft von der Hyundai Motor Group für die Produktion von Brennstoffzellensystemen, im koreanischen Chungju den Grundstein für das zweite Brennstoffzellenwerk gelegt. Damit steigt die Jahresproduktion von Brennstoffzellensystemen von derzeit 3.000 Einheiten bis 2022 auf 40.000 Einheiten jährlich. Mit dem Nexo bietet Hyundai seit diesem Jahr bereits die zweite Generation eines Brennstoffzellenfahrzeugs an. Im Unterschied zum bereits 2013 eingeführten Hyundai ix35 Fuel Cell basiert der Nexo nun erstmals auf einer speziellen Hyundai-Architektur für Brennstoffzellenfahrzeuge. Zu deren Vorzügen zählen ein geringeres Gewicht, mehr Platz im Innenraum und das verbesserte Brennstoffzellen-Layout. Das Hyundai-Brennstoffzellensystem produziert durch die Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff Elektrizität. Das Antriebssystem ist Quelle sauberer Energie: Es arbeitet ohne Verbrennung, emittiert als Abfallprodukt lediglich Wasser und reinigt laut Aussage von Hyundai sogar verschmutzte Luft. Aufgrund der hohen Energiedichte und der einfachen Betankung kann Wasserstoff laut einer McKinsey-Studie dazu beitragen, die Betriebskosten für alle möglichen Transportmittel – einschließlich Schienenfahrzeuge, Schiffe und Gabelstapler – um rund zehn Prozent zu senken. Die Studie geht zudem davon aus, dass im Jahr 2030 weltweit rund 5,5 bis 6 Millionen Brennstoffzellensysteme gebraucht werden. Das »Hydrogen Council«, eine globale Initiative, zu deren führenden Unternehmen aus den Bereichen Energie, Transport und Industrie auch Hyundai gehört, erwartet bis 2050 eine Verzehnfachung der jährlichen Nachfrage nach Wasserstoff. Daraus ergeben sich vielfältige Möglichkeiten für nachhaltiges wirtschaftliches Wachstum. Quelle: Hyundai
Die Daten
Kraftstoffverbrauch (Wasserstoff) in kg/100 km kombiniert für den Hyundai Nexo: innerorts 0,77, außerorts 0,87, kombiniert 0,84; CO₂-Emission in g/km kombiniert: 0; CO₂-Effizienzklasse: A+ Die angegebenen Verbrauchs- und CO2-Emissionswerte wurden nach dem vorgeschriebenen WLTP-Messverfahren ermittelt und in NEFZ-Werte umgerechnet. https://www.youtube.com/watch?v=IaS7fsiIaQY
Bahnt sich bereits eine günstigere Variante einer Brennstoffzelle an?
Wie es in einer Meldung von Pressetext.com vom 29.1.2019 heißt, haben Experten der Dongguk University (http://www.dongguk.edu) eine Lösung gefunden, um die Wasserspaltung zu beschleunigen. Sie reichern nickelbasierte Katalysatoren mit einem Polyoximetallat an, das polyatomische Anionen besitzt. Sie bilden eine dreidimensionale Netzstruktur. Die Südkoreaner entschieden sich für den Einsatz von Vanadium. Folgerichtig heißt das Material, mit dem sie den Katalysator aus Nickelhydroxid anreicherten, Polyoxivanat. Je besser die Katalysatoren funktionieren, desto billiger wird der Wasserstoff, der mit Solar-, Wind- und Wasserstrom hergestellt wird. Der neue Katalysator ist ähnlich effektiv wie ein edelmetallhaltiger, aber weitaus billiger. Das Team um Hyunsik Im und Hyungsang Kim konnte zeigen, dass die Wasserspaltung bereits bei relativ geringer Spannung stattfindet, was Energie spart. Das Team führt das darauf zurück, dass die kartenhausähnliche Struktur des Materials - das Polyoxivanat liegt jeweils zwischen zwei Nickelhydroxid-Schichten – die innere Oberfläche vergrößert. Hier gilt wie üblich, dass die Effektivität mit der Größe der Oberfläche wächst. „Wir haben gezeigt, dass die von uns gewählte Struktur die Wirkung optimiert“, sagt Im. Die Südkoreaner betonen, dass effektive Katalysatoren ein wichtiger Schritt in Richtung einer grüneren Zukunft sind. Die Herstellungsweise des geschichteten Katalysators könne auch für andere Anwendungen Vorteile bringen. Laut Kim ist dies etwa bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien oder Biosensoren wichtig. „Die Zeit wird zeigen, wofür diese Methode noch alles gut ist“, philosophiert Kim. *Laut Aussage der Austrian Energy Agency soll Japan sogar 2.000 Wasserstoff-Betankungsanlagen landesweit errichten wollen.
Responsive image Thomas Buchbauer (Redaktion)

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