WasserstoffSo verändert der Champagner der Energiewende unsere Mobilität und unser Leben

Wasserstoff für die Energiewende und als ganzheitlicher Energieansatz: Wie AVL List in Graz die Zukunft erforscht und prüft, wie eine Wasserstoffgesellschaft aussehen wird, und ab wann die Technologie im Auto ihren Durchbruch feiert. Ein Überblick.

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Jürgen Rechberger, Manager des globalen Brennstoffzellenprojekts von AVL List © Oliver Wolf
 

Leise surrt der umgebaute Volkswagen über das Konzerngelände von AVL List in Graz. Eigentlich ist das Auto ein Sakrileg für die reine batterieelektrische Lehre des VW-Konzerns. Aber dieser VW wurde zu einem Brennstoffzellenfahrzeug umgebaut, das mit Wasserstoff Strom erzeugt und so das Auto antreibt.

VW-Konzernlenker Herbert Diess sieht diese Technologie nicht in seiner Pkw-Flotte – im Gegensatz zu asiatischen Herstellern. Wie etwa Toyota, wo man schon von einer Wasserstoffgesellschaft spricht, oder Hyundai. Für AVL List aber ist’s weder ein Glaubensbekenntnis noch ein Dogma: Bei dem Auto handelt es sich einfach um einen Technologieträger, mit dem man zeigt, was heute schon möglich ist.

AVL

Das Auto ist Teil eines Test- und Prüfzentrums, das in den letzten Jahren mit dem globalen Interesse an der Technologie massiv gewachsen ist. AVL startete vor 20 Jahren mit zwei Mitarbeitern, vor sechs Jahren waren es noch knapp 30, heute sind es global rund 350, mit dem Herzstück in Graz und Dependancen in Vancouver und Ungarn.

Man stellt Hightech-Prüfanlagen her, entwickelt die Technologie weiter und versucht hier im Grazer Wasserstoffzentrum Zukunftsfragen zu beantworten. Aber was ist dran am Wasserstoff, der ironisch auch als „Champagner der Energiewende“ bezeichnet wird?

Grüner Wasserstoff

Sinnstiftend in Sachen Umwelt ist ausschließlich der sogenannte grüne Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien hergestellt wird, mit einem Verfahren namens Elektrolyse: Wasser wird mithilfe von Strom in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) zerlegt.

Das Verfahren benötigt einen hohen Energieeinsatz, das macht die Sache teuer, in Folge kann man den Wasserstoff zu synthetischen Kraftstoffen – auch Benzin, Diesel, Kerosin – verarbeiten.

Grüner Wasserstoff als Energieträger oder Energielieferant ist einer der wichtigsten Hoffnungsträger der Schwerindustrie, genauso wie in der Luft- und Schifffahrt. Man könnte in bestimmten Bereichen außerdem die Infrastruktur des Gasnetzes nutzen.

Fallstricke

Natürlich lauern noch Fallstricke: Bei der Umwandlung von Ökostrom in Wasserstoff werden (noch) hohe Energiemengen benötigt. Österreich könnte zum Beispiel bei einer Umstellung auf Wasserstoff seinen Energiebedarf nicht aus einem grünen Energieportfolio (Wasser, Wind, Sonne) abdecken.

Jürgen Rechberger, Manager des globalen Brennstoffzellenprojekts von AVL List, sieht aber weniger Probleme, sondern viel mehr Lösungen und Ansätze für solche Fragestellungen.

Mirai

Etwa, dass man den heimischen Überschussstrom im Sommer eben über Wasserstoff speichert. „Wir sehen enorme Kapazitäten, die man im Winter dann verwenden könnte.“ Außerdem seien die Importmöglichkeiten von erneuerbaren Energien zu sichern. „Und das wird nicht Strom sein, das wird in Wasserstoff gespeicherte Energie sein.“

Rechberger geht davon aus, dass man zum Beispiel aus Nordafrika einen mithilfe erneuerbarer Energien produzierten Wasserstoff, nach Europa bringt, um hier das Energiedefizit im Winter – bedingt durch Ausfälle bei Wasser und Sonnenenergie – auszugleichen. Deutschland etwa investiert bereits jetzt Milliarden in solche Wasserstoffprojekte.

Energiewende

Taucht man anhand solcher Beispiele und Initiativen tiefer ins Wasserstoffthema ein, erkennt man schnell den ganzheitlichen Ansatz in der Energiewende. Rechberger trocken: „Das beginnt heute. Man muss heute anfangen, solche Projekte zu planen, sonst fährt der Wasserstoffzug ohne uns ab.“

AVL List ist ein Vordenker in der Wasserstoffbranche. Dutzende Prüfstände der Spezialisten laufen weltweit, sie werden in Vancouver von einer Tochterfirma gebaut.

Diese Prüfstände sollen Brennstoffzellen bis ins letzte Detail analysieren. Man simuliert unterschiedliche Betriebsbedingungen, untersucht Verbräuche genauso wie unterschiedliche Anwendungen und Zellgrößen. Dicke und dünne Schläuche ziehen sich wie Gedärme durch die Prüfstände, sie inhalieren Sauerstoff und Wasserstoff.

Das Zentrum ist seit gut einem Jahr in Betrieb, wird laufend erweitert. Hier in Graz laufen die Prüfstände rund um die Uhr, geht die Schicht zu Ende, übernehmen die Kollegen aus Vancouver. Ein solcher Prüfstand braucht etwa ein Jahr, bis er als Maßanfertigung beim Kunden steht.

Spezielle Brennstoffzellen

Weiters forscht AVL an speziellen Arten von Brennstoffzellen: etwa an einer Hochtemperaturbrennstoffzelle, die auch mit Erdgas, Ethanol, Methanol betrieben werden kann und über einen hohen Wirkungsgrad verfügt. Verwendungszweck? Etwa für stationäre Energieerzeugung und kleine Kraftwerke zur Stromerzeugung. Das Spannende: Sie ist komplett reversibel, das heißt, diese Brennstoffzelle kann im Umkehrmodus für die Elektrolyse verwendet werden und mit einem Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent Wasserstoff produzieren. Auch hier zeigt sich der ganzheitliche AVL-Denkansatz.

Modellvorstellung: Hyundai Nexo

2018 bringen die Koreaner bereits die zweite Generation auf den Markt, die dem ix35 Fuel Cell nachfolgen soll und die unter dem Namen Nexo läuft.

HYUNDAI

Unter dem Blech arbeitet die vierte Generation der hausintern entwickelten Brennstoffzellentechnologie. Durch die Verbesserung der Leistung des Onboard-Kraftwerks, der Reduzierung des Verbrauchs und die Optimierung der Schlüsselkomponenten wird die Effizienz des Fahrzeugs im Vergleich zum Vorgänger deutlich verbessert.

HYUNDAI

Das neue SUV verfügt über einen Wirkungsgrad von 60 Prozent, was einem deutlichen Anstieg gegenüber den 55,3 Prozent des Vorgängers entspricht. Mit einer verbesserten Systemeffizienz erzielt das neue Modell mit einer einzigen Ladung eine Reichweite von 800 Kilometern.

HYUNDAI

Das neue Modell hat eine Leistung von 163 PS, das sind 20 Prozent mehr als beim Vorgänger. Darüber hinaus wurden die Kaltstartfähigkeiten für Temperaturen von bis zu minus 30 Grad deutlich verbessert.

HYUNDAI

Die nächste Generation des Wasserstoffspeichers hat signifikante Fortschritte bei der Lagerung und Betankung gemacht: Der Treibstoff wird nun in drei gleichgroßen Tanks gespeichert statt wie bisher in zwei mit unterschiedlichen Größen.

HYUNDAI

Bis 2021 wollen die Koreaner 14 elektrifizierte Modelle bringen. Die Elektro-Version des SUV Kona mit rund 400 Kilometern Reichweite ist eines von vier batterieelektrischen Fahrzeugen, dazu kommen fünf Hybride, vier Plug-in-Hybride und der Brennstoffzellenstromer. Nach dem Jahr 2021 sei ein E-Auto geplant, das bis zur nächsten Aufladung 500 Kilometer fahren können.

HYUNDAI
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Die Transformation der Autobranche sowie die Ankündigung der auslaufenden Verbrennungsmotorenentwicklung haben sich längst in der Strategie von AVL manifestiert.

Rechberger erklärt, dass AVL List bis 2025 noch ein Drittel des Geschäfts im Umfeld der Verbrenner sieht; ein Drittel wird im Umfeld von Batterien und Wasserstoff bestritten und ein weiteres Drittel mit Fahrzeug- und Fahrassistenzsystemen. Dass das ganze Wasserstoffprojekt in Europa langsamer in Schwung kommt als in Asien, sieht Rechberger durchaus kritisch: „Da war man auf dem Holzweg, mit einer falschen Strategie.“

Technologie-Rivalität

Er geht zwar ebenso davon aus, dass der batterieelektrische Antrieb die dominante Technologie sein werde, aber: „Wer keine Ladestelle hat, wird kein E-Auto kaufen können, und dann ist da auch noch das Schnellladen: Die Stromnetze schaffen das nicht.“

Rechbergers Rechnung: „Wir haben fünf Millionen Pkw in Österreich. Wenn wir das alles auf E-Fahrzeuge umlegen und nur ein Prozent davon auf Schnellladen umstellen, dann brauchen wir dreimal mehr Strom, als wir heute produzieren. Schnellladen auf breiter Ebene wird es nicht spielen. E-Mobilität bedeutet über Nacht laden.“ Deshalb sieht er bei 20 bis 30 Prozent der zukünftigen Fahrzeuge ein „anderes Technologiepotenzial“, also Wasserstoff und Brennstoffzelle. Vor allem für Langstreckenfahrer. Und das Tanken sei ähnlich wie bei den heutigen Autos – kurz und bündig. Schneller werde der Wandel am Lkw-Sektor über die Bühne gehen.

Durchbruch 2030

Rechberger prophezeit das große Wachstum für Brennstoffzellenfahrzeuge um 2030. Kernproblem heute: „Ohne Wasserstofftankstellen keine Wasserstofffahrzeuge.“

Im Jahr 2030 rechnet Rechberger global mit zwei Millionen Brennstoffzellenfahrzeugen. 2030 werde man laut Rechberger ausreichend über grünen Wasserstoff verfügen und durch die „stärkere Adaptierung im Lkw-Bereich“ seien mehr Tankstellen zu erwarten. „Die Tankstellen kommen dann, wenn es ein Geschäftsmodell gibt. Und das haben wir erst, wenn die Lastkraftfahrzeuge unterwegs sind.“

Auch für die energieintensive Produktion von grünem Wasserstoff über die Elektrolyse, im Grunde eine Umkehrreaktion der Brennstoffzelle, macht er gute Perspektiven aus. Der Wirkungsgrad dabei steige stetig. „Derzeit sind es 60 bis 70 Prozent Wirkungsgrad, wir arbeiten mit Testzellen, die Wirkungsgrade bis 85 oder 90 Prozent erreichen. Aber diese Technologie braucht noch fünf Jahre, bis sie im Markt ankommen wird.

Für Rechberger bleibt es in der weiteren Vorgehensweise entscheidend, dass die Wasserstoffproduktion unmittelbar dort umgesetzt werde, wo man die erneuerbare Energie gewinnt. „Etwa bei Offshore-Windrädern, die direkt an die Wasserstoffproduktion gekoppelt sind.“

Notwendige Verbesserungen

Wasserstoff sei einfach das Mittel zum Zweck: „Wir brauchen ein neues Element, um Energie speicherbar zu machen.“ Das Potenzial sei erheblich, der Reifegrad der Brennstoffzelle noch lange nicht am Ende. „Entscheidend sind die Kosten, wir sehen das Kostenpotenzial heute im Bereich der Verbrennungsmotoren.“

Aber es brauche Verbesserungen, beginnend bei der Zelltechnologie, bei den Katalysatoren, bei den Materialien und bei den großindustriellen Produktionsverfahren.

 

Am teuersten seien der Platin-Einsatz und die Membrane, die erst günstiger werden, wenn es zu großen Stückzahlen in der Massenfertigung kommt.

Hier kann man Vergleiche mit der Batterie ziehen, die vor zehn Jahren noch 600 Euro pro Kilowattstunde kostete. Heute spricht man davon, wie weit man unter die 100-Euro-Grenze pro kWh kommt. Einen Vorteil besitze die Brennstoffzelle im Vergleich zur Batterie: Die Kosten für das Batterierecyceln seien ungleich höher. „Bei einer Batterie ist es die Frage, ob und wann das Recyceln wirtschaftlich wird“, so Rechberger. Bei der Brennstoffzelle könne man wirtschaftlich bis zu 90 Prozent recyceln.

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Danke für Ihr Verständnis.

melahide
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Der

Artikel legt das nahe, was ohnehin als logisch erscheint. Wasserstoff wird vordringlich als Speichermedium verwendet werden, um Überschussenergie zu "lagern". Wenn einmal riesige Solarparks entstehen, in Wüstengebieten zb, wird hier auch die Überflussenergie gespeichert werden können. Für Schwerverkehr, Schiffe, Flugzeuge usw. wird es passend sein. Aber es bleibt ein energieaufwändiges Unterfangen.

AlbertP
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Wasserdampf Treibhausgas?

Unabhängig davon, ob jetzt Wasserstoff betriebene Aggregate Sinn machen oder im Kommen sind, verstehe ich nicht, weshalb nicht diskutiert wird, dass Wasserdampf ein Treibhausgas mit höherem Potential als CO2 ist? Das ist zumindest mein Wissensstand, muss ja nicht stimmen.

LeDaniii
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Stimmt schon aber,

Das Hauptproblem bleibt CO2 und Methan. Wasserdampf in der Atmosphäre steht im direkten Verhältnis zur Temperatur. Je wärmer es ist, desto mehr Wasserdampf entsteht und umso mehr Wasserdampf kann die Atmosphäre halten. Je kälter es ist, desto weniger kann auch die Atmosphäre Wasserdampf halten.

Carlo62
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Wasserdampf ist kein Treibhausgas!

Wasserdampf kondensiert in der Luft zu Wasser. Dieses Wasser fällt irgendwann wieder als Regen auf die Erde. Woher haben Sie Ihr Unwissen?

scionescio
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@Carlo: du hast absolut Unrecht ....

... der Wasserdampf, der durch die Sonneneinstrahlung auf die Meere entsteht, ist so ziemlich der stärkste Faktor für den Treibhauseffekt auf diesem Planeten... schon sehr peinlich;-)

Carlo62
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@scio

Der (natürliche) Wasserdampf hebt die Temperatur auf der Erde um etwa 33K an. Ohne diesen Wasserdampf hätten wir erstens eine Temperatur von -20 bis -18 Grad auf der Erde und zweitens keine Niederschläge. Man kann natürlich jedes Gas in der Atmosphäre als „Treibhausgas“ ansehen, weil jedes Gas langwelliges (infrarotes) Licht absorbiert und dadurch die Abstrahlung von Energie in den Weltraum verhindert. Aber deshalb ist Wasserdampf noch lange nicht umweltschädlich oder gefährlich, Herr scionescio!

scionescio
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@Karli: brav das du jetzt gegoogelt und deine peinliche Wissenslücke geschlossen hast ...

... aber das ändert an der Blamage gar nichts - es wäre besser gewesen, sich vorher schlau zu machen oder nur etwas zu behaupten, dass man auch sicher verstanden hat.

Deine Ablenkungsversuche machen das Ganze für dich nur noch peinlicher - wo habe ich behauptet, das Wasserdampf umweltschädlich oder gefährlich ist - du erfindest etwas und glaubst damit schlichte Gemüter beeindrucken zu können (nicht untypisch für türkise Jünger ...).

Wasserdampf ist der Hauptverantwortliche für den natürlichen Treibhauseffekt. Punkt!

styrianprawda
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@scio

Dass es Menschen gibt, die - im offensichtlichen Gegensatz zu Ihnen - ihr Wissen nicht von Dr. Google beziehen, kommt Ihnen natürlich nicht in den Sinn, gell?

Carlo62
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@scio

Wir können beide nichts dafür, dass das meiste das wir wissen auch unter Google zu finden ist. Was nicht zu googeln ist, ist das Wissen um die Zusammenhänge. Ich freue mich für Dich, dass Du Dich eine Zeit lang wieder besser gefühlt hast, nachdem Du wieder eine Tirade an hämischer Vernaderung los geworden bist. Weiter so, Du größter aller Wissenschaftler!

scionescio
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@Karli: niemand weiß alles und jeder macht Fehler ...

... und je mehr man weiß, desto leichter fällt es einem, zuzugeben, dass man auf dem Holzweg war und ins Kistchen gegriffen hat - aber anscheinend haben der Messias und seine Jünger viel gemeinsam: sie verkünden mit dem Brustton der Überzeugung in ihrer Ahnungslosigkeit leicht widerlegbaren Unsinn und haben dann, wenn ihnen der Schwachsinn bewiesen wird, nicht die Größe, ihren Fehler einzugestehen und schlagen in ihrer Verzweiflung als Ablenkungsmanöver wild um sich ... sehr armselig und peinlich;-)

AlbertP
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Sie sollten Googeln, das Treibhauspotential ist 25 mal so hoch als CO2 😂

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Patriot
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Wer glaubt, dass Wasserstoff

in 10 Jahren für die Masse der PKW eine ernstzunehmende Option und für die Batterie des E-Autos eine Konkurrenz darstellen wird, muss leider enttäuscht werden.
Die Forschung und die Entwicklung sind auf einem guten, aber noch sehr langen Weg!

chrassi20
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Auch mir Artikel "versteckt"

Es ist auch im Artikel zu lesen das mit 2030 ca. 2 mio Wasserstofffahrzeuge unterwegs sein sollen... das heißt praktisch fast keine Autos wenn er von Fahrzeugen ausgeht.
Wenn doch sind 2 mio Wasserstoffautos 2030 auch das Eingeständnis das es eine absolute Randerscheinung bleiben wird im KFZ Bereich.

Wenn ich Wasserstoff einfach daheim in der Garage topgünstig erzeugen kann und ins Auto "kippen" kann bin ich auch dabei... da wird es aber auch 2030 vermutlich noch nicht soweit sein.
Was da mit Akkus schon passiert ist trau ich mich nicht zu schätzen, aber definitiv einiges.

chrassi20
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Wasserstoff ist Zukunft, die Mobilität damit eher nicht

Tolle Forschungen die da gemacht werden und man kann nur hoffen das es nicht nur Schall und Rauch ist, die 90% Wirkungsgrad sind nämlich mehr als schön gerechnet, das ist dann wie bei Biomassekraftwerken die 120% Wirkungsgrad haben..
Wir brauchen wirklich wahnsinnig viel Wasserstoff in Zukunft für Industrie und eben auch wie erwähnt für eventuelle Abdeckung des Winters, da macht es auch sinn da bei den Wasserstoffprozessen immer Wärme auch im Spiel ist die man nutzen kann.
Die Aufmachung ist aber immer so zu vermitteln das Wasserstoff groß in die Mobilität kommt, das Thema ist praktisch Tod...
Wenn jemand wieder mit der Schnellladerechnung daherkommt, wenn ich nicht auf Urlaub weiter weg fahre gibts für mich kein Schnelladen bzw. brauche ich es nicht. (wir haben zwei E-Autos, eines davon fast ausschließlich aus PV geladen...)
Immer wieder ... Böser Akku... brave Brennstoffzelle die ja keine Rohstoffe braucht und auch so leicht zu Recyclen ist. Einfach toll wie man das liest.
Gestern der offene Brief an Kurz der gleichen Herrn mit der Bitte doch die Verbrenner ewig laufen zu lassen, ein Wunder das sie nicht gebeten haben auch Ölheizungen wieder zu forcieren.
Nachdem man es jetzt in letzter Zeit wieder verstärkt versucht unterschwellig den Wasserstoff im Auto den Leuten unterzujubeln finde ich doch etwas beschämend weil damit einfach versucht wird einen Wandel zu bremsen, aber wie gesagt... den Zug werden auch diese Herren schwer stoppen, aber bremsen versuchen sie ihn halt.

chrassi20
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Bitte erklären warum Finger nach unten...

Da hätte ich gerne mehr Erklärungen was an meinem Kommentar nicht stimmt laut der Finger nach unten.
Danke!

Zuckerpuppe2000
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E- Mobilität

Wir haben seit 12 Jahren eine grosse PV Anlage auf dem Dach. Stromrechnung gab es seit dem keine mehr, aber dafür Gutschriften. Unseren 6 jährigen Golf laden wir, wenn es geht mit Solarstrom. Klimaneutral fährt der Golf erst ab 100000 km. Man bedenke den Abbau der Rohstoffe, die Fabriken und Herstellung der Batterien brauchen auch Energie.

Mezgolits
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Wir haben seit 12 Jahren eine grosse PV Anlage auf dem Dach.

Aha, und würdest Du uns auch berichten, wie viele Quadratmeter eure
Solaranlage hat und wie viele Kilowattstunden sie jährlich bringt? Stefan

Zuckerpuppe2000
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Klar

Letztes Jahr 14900 kWh.

gm72
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Da kann ich nur gratulieren

Denn das dürften zirka 40 PV-Elemente sein, wofür man erstmal die nötige Fläche aufbringen muss. Mein Flachdach ist mit 19 Platten rammelvoll. Ich gratuliere also zum Erfolg, sich ein so großes Haus mit so viel Dachfläche leisten zu können. Hat nicht jeder die Möglichkeit dazu.

Mezgolits
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Danke - ich gratuliere euch zur theoretischen Strom-Selbstversorgung

und sobald ihr einen ausreichenden Stromspeicher mit einer stromerzeugenden
Heizung habt - habt ihr auch eine tatsächliche Strom-Selbstversorgung. Stefan
PS: 20 kWh/100 km = 200/1.000 = 2.000/10.000 = 4.000 kWh/20.000 Kilometer

Pablo63
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Bin selbst seit 4 BEV Fahrer

Unterschwelliges BEV Pashing kann ich aus dem Artikel ausnahmsweise nicht herauslesen. Es geht hier klar um Schwerverkehr und Schwerindustrie. FCEV im Pkw Segment wird es in absehbarer Zeit nicht geben.

Pablo63
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Spannendes Thema verständlich erklärt.

Guter Journalismus. Vielen Dank KZ!