Markt entwickelt sich richtig gut

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31. Oktober 2022

Markt entwickelt sich richtig gut

Interview mit Prof. Werner Tillmetz
Seit zig Jahren begleitet Prof. Werner Tillmetz nicht nur die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik, er hat sie auch an unterschiedlichen Stellen ganz entscheidend mitgeformt – sei es als Vorstand des Zentrums fĂŒr Solar- und Wasserstoffforschung (ZSW) oder bei der Formulierung des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP). Sven Jösting sprach fĂŒr die HZwei mit Prof. Tillmetz, der nach seiner Pensionierung mit h2connect.eco ein H2-Netzwerk fĂŒr die Bodenseeregion gegrĂŒndet hat, und bat ihn um eine Einordnung der derzeitigen Entwicklungen.

HZwei: Prof. Tillmetz, Sie haben Ihr Leben der Brennstoffzelle gewidmet, wie man in sehr schöner Weise in Ihrem Buch „Wasserstoff auf dem Weg zur ElektromobilitĂ€t“ lesen kann. Wo stehen wir heute bei der Brennstoffzelle in der MobilitĂ€t?

Interessanterweise habe ich an allen Themen – der Elektrolyse, der Brennstoffzelle und der Batterie – etwa gleich viel gearbeitet, und das in ganz unterschiedlichen Unternehmen und in der Forschung. Ein ganz spannender Erfahrungsschatz. Bei der Brennstoffzelle in der MobilitĂ€t ist es faszinierend, die inzwischen sehr breite und weltweite Industrialisierung zu verfolgen. Asiatische Firmen haben die Serienproduktion gestartet, aber auch deutsche und europĂ€ische Unternehmen sind inzwischen sehr erfolgreich dabei. Technologisch sind Brennstoffzellen reif fĂŒr den Markt.

Sie sind eng mit der Entwicklung bei der kanadischen Ballard Power verbunden – unter anderem auch via Kooperationen mit Ford, Daimler und Co. Können Sie unseren Lesern kurz beschreiben, wie Sie Ballard heute einschĂ€tzen?

In den 1990er Jahren habe ich als einer der Pioniere die AktivitĂ€ten in diesen Firmen aktiv mitgestaltet. Seit 2003 verfolge ich die AktivitĂ€ten sehr intensiv von außen und habe immer noch gute Kontakte in die Szene. Bei der Beurteilung von Firmen wie Ballard gibt es einerseits die technologische Sichtweise. Da gehört Ballard nach wie vor zu den fĂŒhrenden Akteuren. Entscheidend ist aber immer die wirtschaftliche Entwicklung. Da stimmen mich die Quartalsberichte der verschiedenen börsennotierten Wasserstoff-Start-up-Unternehmen schon nachdenklich: Mit ganz wenigen Ausnahmen sind seit zwanzig Jahren die Verluste Ă€hnlich hoch wie die UmsĂ€tze. Allerdings entwickelt sich der Markt erst seit kurzem so richtig gut, primĂ€r getrieben durch die weltweiten Gesetzgebungen zum Klimaschutz. Auch die Zahl der Übernahmen und die damit verbundenen Bewertungen sind beeindruckend.

Wie schÀtzen Sie die Entwicklung der Batterie ein? Warum setzt vor allem die Kfz-Industrie auf die batterieelektrische MobilitÀt und versucht Tesla zu kopieren?

Das ist ein ganz spannendes PhĂ€nomen. Die Fahrzeugindustrie hat es in den letzten Jahren nicht mehr geschafft, die globale Gesetzgebung zu den Emissionen einzubremsen. Gleichzeitig kam mit Tesla ein zunĂ€chst belĂ€chelter Konkurrent auf den Markt, der den etablierten Firmen zunehmend Umsatz in den margentrĂ€chtigen Segmenten weggenommen hat. Schnelles Handeln war angesagt, und reflexartig haben die Strategen sich gesagt, das, was Tesla kann, können wir auch. Da haben sie sich ĂŒber- und Tesla unterschĂ€tzt.

Bei E-Fahrzeugen sind Energieverbrauch und Ladeinfrastruktur entscheidend. Beides hat Tesla hervorragend gemeistert, wĂ€hrend die großen Autokonzerne beispielsweise versuchen, das Thema Ladeinfrastruktur an den Staat und die Energieversorger zu delegieren. Bei den Milliardengewinnen könnten sie das auch selber machen – aber Profit hat halt Vorrang.

Zwei weitere große HĂŒrden fĂŒr die Batterie werden immer sichtbarer: Woher sollen die ganzen Rohstoffe kommen und wie kann man bedarfsgerecht den grĂŒnen Strom zum (schnellen) Laden ĂŒberhaupt bereitstellen?

Es gibt verschiedene Modelle, Wasserstoff in Kraftfahrzeugen zum Einsatz zu bringen. Da werden auch Modelle vorgestellt, bei denen Ammoniak, Methanol oder Wasserstoff (flĂŒssig oder gasförmig) direkt im Motor zum Einsatz kommen soll – ohne den Umweg ĂŒber die Brennstoffzelle. Wie schĂ€tzen Sie diese Entwicklung ein? Gibt es da einen Gewinner?

Generell sollten wir technologieoffen sein und die Ingenieure die besten Lösungen entwickeln lassen. Der Gesetzgeber darf nur die Leitplanken wie Emissionen definieren. Aus meiner Sicht gibt es zwei entscheidende Themen: Die Effizienz des Antriebes und die VerfĂŒgbarkeit des grĂŒnen Kraftstoffes an der „Tankstelle“.

FĂŒr den dynamischen Betrieb der Fahrzeuge haben E-Motoren mit einer Batterie enorme Vorteile – diese Effizienz schafft ein mechanischer Antrieb nicht. Die (kleine) Batterie kann aber von einem Motor oder einer Brennstoffzelle wĂ€hrend der Fahrt aufgeladen werden (serieller Hybrid) und dann im Bestpunkt betrieben werden.

Zur Versorgung mit dem Kraftstoff: Wasserstoff kann idealerweise direkt regional erzeugt werden oder europaweit per Pipeline aus sonnen- und windreichen Regionen zur Tankstelle transportiert werden. FĂŒr den kostengĂŒnstigen Überseetransport von Energie aus den vielen SonnengĂŒrteln der Welt ist ein bei Umgebungstemperatur flĂŒssiger und einfach herstellbarer Kraftstoff ideal: Methanol. Bei Stromkosten von kleiner 1 Ct/kWh spielen die Verluste bei der Erzeugung eine sehr untergeordnete Rolle. Wir stehen noch ganz am Anfang eines Marathonlaufes – erst am Ziel hat sich der Weizen von der Spreu getrennt.

Weltweit ist ein Wettbewerb entbrannt. Welche LĂ€nder haben da Ihrer Meinung nach das bessere Konzept?

Die deutsche und europĂ€ische Politik ist strategisch nicht sehr durchdacht und an vielen Stellen ideologisch geprĂ€gt. Dazu kommen die sehr diskussionsfreudige Gesellschaft und basisdemokratische Strukturen, die vieles sehr langsam machen. Auf der anderen Seite gibt es hier exzellente, kreative Ingenieure und FachkrĂ€fte und eine solide industrielle Infrastruktur, insbesondere mit den vielen langfristig denkenden Familienunternehmen. Asiatische LĂ€nder haben vielfach eine besser durchdachte Strategie und sind in der Umsetzung sehr viel schneller. Zu guter Letzt kommt noch Kalifornien mit extrem viel Kapital und Risikobereitschaft dazu – Letztere ist uns in Deutschland so ziemlich abhandengekommen.

Kommen wir zur Ladeinfrastruktur: Stromladestationen versus Wasserstofftankstellen. Wie sollte es Ihrer Meinung nach sein? Gibt es dazu kritische Sichtweisen beziehungsweise Visionen Ihrerseits?

Batterieelektrische Fahrzeuge werden am besten dann und dort geladen, wo es direkt grĂŒnen Strom gibt und die vollgeladene Batterie fĂŒr einige Tage fahren ausreicht – auch wenn mal keine Sonne scheint oder kein Wind weht. Das kann auch beim Arbeitgeber sein, wenn der beispielsweise die ParkplĂ€tze mit Photovoltaik ausrĂŒstet oder kleine WindmĂŒhlen auf dem Dach montiert. FĂŒr alle Vielfahrer, Stadtbusse, Transportunternehmen ist schnelles, flexibles Tanken ganz entscheidend: grĂŒnen Wasserstoff oder grĂŒnes Methanol kann man immer und ĂŒberall tanken.

Wo sehen Sie die Brennstoffzelle im Pkw? Was Nutzfahrzeuge betrifft, ist man ja mittlerweile ĂŒberzeugt, dass bei der Langstrecke die Brennstoffzelle im Vorteil gegenĂŒber der Batterie ist. Wie verhĂ€lt es sich bei Personenwagen? Anmerkung: Es gibt GerĂŒchte, Apple Computer könnte 2024 mit einem iCar auf den Markt kommen, welches eine kleine Batterie fĂŒr die Kurzstrecke und die Brennstoffzelle (H2) fĂŒr die Langstrecke zum Einsatz bringt. Halten Sie das fĂŒr realistisch?

Moderne Brennstoffzellenantriebe inklusive der Tanks sind deutlich leichter und kleiner als eine Batterie, fĂŒr die oft geforderten Reichweiten. Der Unterschied zum klassischen Verbrenner ist kaum noch da. Dagegen mehr als 600 kg Batterie in einen Pkw oder bis zu fĂŒnf Tonnen in einen Lkw einzubauen macht wirklich keinen Sinn. Das Konzept von Apple ist gut und wird auch schon fĂŒr die Transporter von Renault und den Stellantis-Marken kommerziell angeboten.

Welche LĂ€nder haben bei der Brennstoffzelle die Nase vorn und warum?

Das sind mehr die Firmen als die LĂ€nder. Toyota und Hyundai gehen beide mit ihrem jeweiligen Produkt (Brennstoffzellensystem) in ganz viele Anwendungen und MĂ€rkte. Das bringt StĂŒckzahl und reduziert damit Kosten. Bosch hat eine sehr ĂŒberzeugende Strategie und wird sehr schnell seine weltweiten Partner beliefern. Die französischen Autokonzerne haben sich mit strategischen Partnern gut aufgestellt, und natĂŒrlich die vielen chinesischen Firmen, die am schnellsten in die ganz großen StĂŒckzahlen gehen werden.

Können Sie bitte ein Zukunftsszenario fĂŒr die Brennstoffzelle und Wasserstoff entwickeln? Wo stehen wir heute, in fĂŒnf Jahren, in zehn Jahren und 2040 Ihrer Meinung nach in Sachen Wasserstoff und Brennstoffzelle, aber auch bei der Batterie?

Wir stehen ganz am Anfang eines Marathonlaufes. Die VerĂ€nderungen werden so dramatisch sein wie vor mehr als hundert Jahren, als Henry Ford mit seiner Benzinkutsche die Pferdkutschen ablöste und der Verbrennungsmotor die folgenden hundert Jahre die Welt komplett verĂ€nderte. Bei disruptiven Innovationen sind die VerĂ€nderungen extrem schnell und kaum vorhersagbar, wie uns auch das Beispiel von Kodak und der digitalen Fotografie gezeigt hat. Die Batterie allein wird nicht der GlĂŒcksbringer fĂŒr alles, wie vor kurzem Bosch-Chef Hartung sehr deutlich gemacht hat. Um die KlimaverĂ€nderung ĂŒberhaupt noch in den Griff bekommen zu können, brauchen wir alle Optionen und vor allem mehr Handeln als Diskussion.

Was mĂŒsste die Politik (Deutschland, EU) tun, um der Brennstoffzelle und dem Wasserstoff Auftrieb zu geben in der MobilitĂ€t?

Technologieoffen sein und eine ganzheitlich durchdachte Strategie haben. Dazu hilft es, öfter mal aus dem Fenster zu schauen, um festzustellen, ob es gerade genĂŒgend Sonne oder Wind gibt, um die Energieversorgung fĂŒr alle Verbraucher sicherzustellen.
Interviewer: Sven Jösting

Kommentar zur Wirkungsgrad-Debatte
Bezugnehmend auf die E-Fuel-Kommentare aus HZwei-Heft April 2022
„Efficiency first“ oder „Der Wirkungsgrad ist entscheidend“ – so lauten unzĂ€hlige Schlagzeilen. Dies wird dann untermauert mit Grafiken, die alle aufzeigen, dass E-Fahrzeuge mit batterieelektrischen Antrieben dramatisch viel besser sind als E-Fahrzeuge mit Brennstoffzelle und Wasserstoff. Und die E-Fuels rangieren weit abgeschlagen auf dem letzten Platz. HĂ€ufig wird dann noch der Wirkungsgrad (Kraftstoff- oder Energieverbrauch) des Fahrzeuges mit der vorgelagerten Kette (Kraftstofferzeugung) vermischt. Der Abgleich mit der RealitĂ€t lĂ€sst fast durchweg zu wĂŒnschen ĂŒbrig.

Den Energieverbrauch am Fahrzeug zu vergleichen, sollte eigentlich recht einfach sein, solange man auch Ă€hnliche Fahrzeuge miteinander vergleicht. Der Verbrauch steht auf den Verkaufsprospekten und wird nach gesetzlich vorgeschriebenen Kriterien ermittelt – leider in unterschiedlichen Einheiten: Strom in Kilowattstunden, Wasserstoff in Kilogramm und flĂŒssige Kraftstoffe in Liter, ohne deren Heizwert zu berĂŒcksichtigen.

Die reale Welt des Verbrauches kann man dann in vielen Fahrberichten nachlesen. Dabei stellt man schnell fest, dass der 20- bis 30-prozentige Vorteil der Batteriefahrzeuge im Winter, wenn sowohl Fahrgastraum wie Batterie (zum Schnellladen) geheizt werden mĂŒssen, weitestgehend verschwindet.

Jetzt zur vorgelagerten Kette der Strom- oder Kraftstofferzeugung: Hier wird fast immer davon ausgegangen, dass der Strom zum Laden der Batterie direkt von der Photovoltaik oder der Windkraftanlage kommt. Dass nachts keine Sonne scheint, auch nicht bei Regen, Schnee oder Nebel, wird interessanterweise ausgeblendet. Auch der Wind weht nicht immer, vor allem im SĂŒden Deutschlands. Wird der Strom zum Laden der Batterie ĂŒber eine Gasturbine (Wirkungsgrad: 40 %) aus Erdgas und kĂŒnftig aus Wasserstoff erzeugt, dann ist es schnell vorbei mit dem ersten Platz beim Wirkungsgrad. Wasserstoff direkt in einem Brennstoffzellenfahrzeug zu nutzen ergibt da mehr Sinn.

Das gilt auch, wenn wir 100 Prozent grĂŒnen Strom haben: An vielen Tagen gibt es sehr viel mehr Strom aus Wind oder Sonne, als wir brauchen. Vor allem in den Wintermonaten gibt es dann tagelang weder Wind noch Sonne. Dann braucht es den Strom aus den wind- und sonnenreichen Zeiten des Jahres. Die Speicherung so großer Energiemengen ist aber nur ĂŒber Wasserstoff wirtschaftlich machbar.

Heute importieren wir zwei Drittel unserer Energie (Öl, Gas und Steinkohle). 100 Prozent Eigenversorgung ist in Deutschland zwar theoretisch möglich, in der RealitĂ€t aber eher unwahrscheinlich. Die grĂŒne Energie aus sehr sonnen- und windreichen Regionen zu importieren ergibt ökonomisch viel Sinn. Der Transport ĂŒber Stromleitungen wird sich allerdings auf bestimmte Regionen wie die Nordsee beschrĂ€nken. Das vorhandene europĂ€ische Gasnetz fĂŒr den Transport von grĂŒner Energie in Form von Wasserstoff zu nutzen, ist mehr als naheliegend. FĂŒr den Überseetransport werden flĂŒssige EnergietrĂ€ger wie Methanol oder Kerosin (E-Fuels) unschlagbar attraktiv. Diese dann direkt fĂŒr den Antrieb zu verwenden, ist sehr viel effizienter, als dann daraus wieder Strom zu machen.

Die grĂŒne Energieversorgung der Zukunft zu Ende gedacht, kommt man zu einem ganz anderen Schluss, als die meisten Schlagzeilen heute suggerieren: Strom, Wasserstoff und E-Fuels sind alles sinnvolle grĂŒne EnergietrĂ€ger.

Autor: Prof. Werner Tillmetz
Abb. 1: Prof. Werner Tillmetz

Quellenangabe:

JCB erreicht H2-Meilenstein

Der britische Land- und Baumaschinenhersteller JCB hat im MĂ€rz 2023 die Produktion seines fĂŒnfzigsten H2-Verbrennungsmotors...

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1 Kommentar

  1. Joe Schmidt

    “Bei Stromkosten von kleiner 1 Ct/kWh spielen die Verluste bei der Erzeugung eine sehr untergeordnete Rolle.”
    Da bin ich aber gespannt, wann dieser Strompreis in Deutschland RealitÀt wird.
    Dass man in anderen LĂ€ndern zu 1Ct/kWh Gestehungskosten EE-Strom produzieren kann, hilft nur wenig. Zum Einen sind Kosten nicht der Preis und zum Anderen kommen halt Transportkosten hinzu, wenn man den Wasserstoff importieren will.

    Die Argumente im “Kommentar zur Wirkungsgrad-Debatte” scheinen mir recht dĂŒrftig.
    Aber ich lasse mich gern positiv ĂŒberraschen.

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