Brennstoffzellen in der Autoindustrie: Aktuelle Grenzen und Möglichkeiten

Die Brennstoffzelle ist in der Autoindustrie ein viel diskutiertes Thema. Zu Beginn der 2000er Jahre galt sie als Hoffnungsträger zur Erreichung der Verkehrswende. Die Abkehr vom Verbrennungsmotor sowie der emissionsfreie Betrieb von PKWs und Nutzfahrzeugen ist auch heute noch das erklärte Ziel vieler Autohersteller. Jedoch ist die Brennstoffzelle in der Autoindustrie vielerorts nicht mehr mit so vielen Hoffnungen verknüpft wie noch vor einigen Jahren. Dabei bietet die Brennstoffzelle an sich ein großes Potenzial dafür, das Autofahren umweltverträglicher zu machen. Um dieses Potenzial zu nutzen, sind jedoch noch einige Hürden zu nehmen. Der nachfolgende Beitrag wirft einen Blick auf die aktuellen Grenzen und Möglichkeiten der Brennstoffzelle in der Autoindustrie.

Um vereinbarte Klimaziele zu erreichen und somit die Treibhausgasemissionen sowie die Erderwärmung zu senken, müssen im Verkehrssektor gewaltige Umstrukturierungen vorgenommen werden. Das schließt die Abkehr vom Verbrennungsmotor, der mit Benzin oder Diesel betrieben wird, ein. Elektromobilität lautet hier das Stichwort, wobei zwischen batteriebetriebenen E-Autos (BEV) und E-Autos mit Brennstoffzelle (FCEV) unterschieden werden muss.

Eine Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff als Energieträger, der bei der sogenannten kalten Verbrennung im Zusammenspiel mit Sauerstoff in Wasser, Energie und Wärme umgewandelt wird. Die freigesetzte Energie wird verwendet, um den Elektromotor eines Fahrzeugs zu betreiben, Wasser und Wärme werden an die Luft abgegeben, Schadstoffe entstehen bei diesem Vorgang nicht.

Das Funktionsprinzip lässt klar erkennen, weshalb die Brennstoffzelle für die Autoindustrie so interessant ist: Sie ermöglicht einen emissionsfreien Antrieb von Fahrzeugen und das bei Reichweiten von mehreren hundert Kilometern mit nur einer einzigen Tankfüllung. Genau hier liegt der entscheidende Unterschied zu batteriebetriebenen E-Autos: Die Brennstoffzellen-Fahrzeuge werden wie herkömmliche Autos mit Verbrennungsmotor an einer Tankstelle betankt. Bis der Tank voll ist, dauert es nur wenige Minuten. Das ist um ein Vielfaches schneller als bei batteriebetriebenen Fahrzeugen, bei denen mehrere Stunden Ladezeit eingeplant werden müssen.

Darüber hinaus bieten Brennstoffzellen in der Autoindustrie den Vorteil, dass ein komplett grüner Betrieb der Fahrzeuge möglich ist – sofern man sich für die Nutzung von grünem Wasserstoff entscheidet. Bei diesem stammt der für die Herstellung benötigte Strom aus regenerativen Energien. Denn Wasserstoff kommt auf der Erde nur gebunden vor und muss demnach aus einem anderen Träger, wie zum Beispiel Erdgas oder Methan, gewonnen werden.

Weitere Vorteile, die Brennstoffzellen in der Autoindustrie bieten, sind das geringe Gewicht von Batterie und Elektromotor, die verschleiß- und wartungsarme Bauweise, der hohe Wirkungsgrad vor Ort, die geräuscharme Nutzung und der Verzicht auf fragwürdige Rohstoffe bei der Herstellung.

Wo Licht ist, da zeigt sich meist auch Schatten. Das gilt auch mit Blick auf die Nutzung der Brennstoffzelle in der Autoindustrie. Nicht umsonst fragt man sich schließlich, weshalb auf Deutschlands Straßen zunehmend mehr Fahrzeuge mit batteriebetriebenem Elektromotor, aber immer noch sehr wenige Autos mit Brennstoffzelle unterwegs sind. Das hat gleich mehrere Gründe.

Zunächst einmal ist die Produktion von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle bislang noch sehr teuer. Das liegt unter anderem an den hohen Kosten der Brennstoffzellen. Diese werden heutzutage noch immer überwiegend manufakturartig hergestellt. Um die Produktionskosten zu senken, müssten der Automatisierungsgrad bei der Herstellung erweitert und die Produktionszahlen deutlich gesteigert werden. Hier liegt der sprichwörtliche Hase im Pfeffer: Solange es keine erhöhte Nachfrage nach Brennstoffzellen gibt, lohnt sich die Investition in automatisierte Produktionsprozesse für die Hersteller nicht. Produktionsoptimierungen und Nachfrage bedingen einander also gegenseitig.

Ein weiterer Punkt, der mit Blick auf die Nutzung der Brennstoffzelle in der Autoindustrie zu bedenken ist: Die notwendige Tank-Infrastruktur fehlt bislang noch. Zwar steigt die Zahl der Wasserstoff-Tankstellen deutschlandweit seit einigen Jahren an, tatsächlich ist der Ausbau aber noch lange nicht so weit fortgeschritten, wie es erforderlich wäre, um eine flächendeckende Nutzung sicherzustellen. Im Jahr 2022 sind in der Bundesrepublik rund 100 Wasserstoff-Tankstellen verfügbar, in anderen europäischen Ländern fällt die Zahl sogar noch geringer aus. Grenzübergreifende Fahrten mit dem FCEV werden dadurch mehr oder weniger unmöglich. Als Beispiel: In Italien, Tschechien oder Polen existiert jeweils weniger als eine Handvoll H2-Tankstellen.

Der dritte Kritikpunkt: Der für die Nutzung der Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff ist bislang noch teuer und nur in geringer Menge als wirklich grüner Wasserstoff verfügbar. Bei den weitaus größeren Wasserstoff-Mengen handelt es sich dagegen um den sogenannten grauen Wasserstoff, der aus Erdgas unter Einsatz fossiler Energieträger gewonnen wird. Dadurch ist bereits die Produktion des Wasserstoffs mit einem beachtlichen Co2-Ausstoß verbunden, was die Klimabilanz des Brennstoffzellenfahrzeugs schmälert.

Fakt ist: Brennstoffzellen in der Autoindustrie bieten gegenüber den herkömmlichen Verbrennungsmotoren signifikante Vorteile. Diese können aktuell jedoch nur teilweise genutzt werden. Tatsächlich ist die serienmäßige Produktion von Brennstoffzellenfahrzeugen europaweit praktisch nicht vorhanden bzw. kaum erwähnenswert. Asiatische Länder sind da bereits viel weiter: Toyota und Hyundai haben schon seit einigen Jahren FCEVs auf dem Markt – allerdings liegen die Kosten bei den Modellen derzeit noch um ein Vielfaches über dem, was ein Durchschnittverbraucher für einen Neuwagen ausgeben würde.

Um die Nutzung der Brennstoffzelle in der Autoindustrie voranzutreiben, müssen demnach zunächst einmal große Investitionen getätigt werden: Eine günstigere Produktion der Brennstoffzellen mit hohem Automatisierungsgrad, eine Verbesserung der Tank-Infrastruktur und die Förderung der Herstellung von grünem Wasserstoff sind hier im Einzelnen zu benennen. Für den Güterverkehr gelten diese Voraussetzungen nur bedingt. Durch die Etablierung von H2-Tankstellen entlang eines exakt definierten Streckennetzes ist die wirtschaftliche Nutzung der klimafreundlichen Brennstoffzelle, im Gegensatz zu batteriebetriebenen E-Fahrzeugen, heute schon keine Zukunftsmusik mehr.

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