Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Mit zunehmender technischer Reife und größeren Stückzahlen ist die Brennstoffzellentechnologie in den letzten Jahrzehnten deutlich günstiger geworden. Mit einer breiten Markteinführung ist mit weiteren Kostensenkungen zu rechnen, wie man sie auch in den erneuerbaren Energien erlebt hat – besonders deutlich in der Photovoltaik.

Der theoretische Preis für Brennstoffzellen lag im Jahr 1990 noch bei 5.000 Euro pro Kilowatt. Im Jahr 2000 war es nur noch knapp ein Zehntel davon. Mittlerweile sind die Kosten unter anderem dadurch weiter gesunken, dass die Mengen an Edelmetall für die Katalysatoren deutlich reduziert werden konnten, insbesondere Platin. Komplette Brennstoffzellensysteme für den Automobilsektor kosteten Ende 1998 inklusive der Nebenaggregate 2.500 bis 5.000 Euro pro Kilowatt, vier Jahre später waren es nur noch 800 Euro pro Kilowatt. Im Vergleich zu Verbrennungskraftmaschinen mit rund 25 Euro pro Kilowatt war dies immer noch um den Faktor 30 mehr.

Bei den PEM-BZ belaufen sich die Materialkosten auf über 80 Prozent der gesamten Aufwendungen. Ein wesentlicher Punkt ist dabei das Katalysatormaterial. Pro Quadratzentimeter Membranfläche waren im Jahr 2003 ungefähr 0,1 Milligramm Platin für die Katalysatorbeschichtung notwendig. Das bedeutete, dass für ein Stack mit einer Leistung von 75 Kilowatt eine Platinmenge von 112 Gramm und dementsprechende Kosten von 2.240 Euro anfielen (20.000 Euro/kg_Platin). Während in der ersten Fahrzeuggeneration insgesamt noch 1,3 kg Platin verbaut wurden, waren es 2010 nur noch 30 g. Der Zielwert liegt bei 20 g, was der Platinmenge in einem Drei-Wege-Katalysator entspräche.

Dieses Beispiel zeigt, dass die Reduzierung der Platinmenge, und damit der Materialkosten, unbedingt notwendig ist. Doch nicht nur die Menge, sondern auch die Weltmarktpreise für die eingesetzten Edelmetalle prägen wesentlich die Kosten der Brennstoffzellen. Von 2010 bis 2020 ist der Platinpreis zum Beispiel von rund 1.300 Euro/Gramm auf etwa 800 Euro/Gramm gesunken und hat auf diesem Wege auch zu günstigeren Brennstoffzellen beigetragen. Eine weitere sehr teure Komponente ist die Membran.

Brennstoffzellenheizgeräte kamen um das Jahr 2018 in Deutschland auf den Markt. Die Kosten sind innerhalb von zwei Jahren von rund 40.000 Euro auf etwa 30.000 Euro gesunken. Preislich konkurrenzfähig mit konventionellen Heizungen ist das nicht. Daher sind die ersten Brennstoffzellenanwendungen im Alltag auf beträchtliche staatliche Förderungen angewiesen, die im stationären Bereich rund 30 Prozent betragen können. Gewerbliche Käufer mehrerer Wasserstoffautos (Preis ca. 70.000 Euro) erhalten bis zu 40 Prozent Zuschuss vom Staat.

Die Kostensenkung der Brennstoffzellen wird also auch im nächsten Jahrzehnt eines der zentralen Themen sein, um der Brennstoffzelle zum Durchbruch zu verhelfen.

Wichtig für einen wirtschaftlichen Einsatz ist aber nicht nur die Brennstoffzelle selbst. Als wesentlich effektiver könnte sich eine Kostenabsenkung bei der Wasserstoffbereitstellung erweisen. Mit zunehmender Massenfertigung könnten generell die Preise schnell sinken. Noch in diesem Jahrzehnt könnte die Brennstoffzellentechnologie daher in vielen Fällen mit anderen klimafreundlichen Technologien und auch mit einigen konventionellen Technologien konkurrieren.