Brennstoffzelle im Güterverkehr: Mit Wasserstoff in die Zukunft

Veröffentlicht am: 30.04.2020 | Autor: Die Transportbotschafter | Kategorie(n): Nachhaltigkeit

Ein Bus, ein Lkw und ein Schiff im Illustrationsstil steuern auf eine Wasserstoff-Tanksäule zu.

Lange galt die Batterie als Heilsbringer der Elektromobilität. Doch die Brennstoffzelle scheint sie im Güterverkehr gerade überrundet zu haben. Nicht zuletzt, da die Bundesregierung ankündigte, Deutschland international zu einem führenden Anbieter von Wasserstofftechnologien zu machen. Im Rahmen der Nationalen Wasserstoffstrategie wird das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis 2026 rund 1,4 Milliarden Euro bereitstellen. Das Geld soll in die Forschung, den Aufbau einer Tankstelleninfrastruktur für Nutzfahrzeuge sowie die Anlagen zur Herstellung von Wasserstoff fließen. Zudem werden Unternehmen bis 2023 beim Kauf von Wasserstoff-Lkw mit rund 900 Millionen Euro unterstützt.

„Derzeit erarbeiten wir dafür die Förderrichtlinien und damit die konkreten Bedingungen“, sagt Thorsten Herbert. Er ist Bereichsleiter Verkehr und Infrastruktur bei der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW). Über die EU-Beihilfe-Richtlinie sei es möglich, die Mehrkosten gegenüber einem konventionellen Fahrzeug zu fördern. Wasserstoff soll neben Batterie und Gas eine weitere Variante alternativer Antriebe im Straßengüterverkehr darstellen.

Brennstoffzelle ist Herzstück des Antriebs

Herzstück eines Wasserstoff-Elektrofahrzeugs ist die Brennstoffzelle, in der Wasserstoff und Sauerstoff durch eine chemische Reaktion eigenständig Energie zum Fortbewegen produzieren. Die im Wasserstoff gespeicherte Energie wird dabei in Elektrizität umgewandelt, die den Elektromotor antreibt.

Brennstoffzellenfahrzeuge punkten im Gegensatz zu Batteriefahrzeugen mit mehreren Vorteilen: Sie stoßen statt Abgasen reinen Wasserdampf aus. Sie erzielen Reichweiten von 500 bis 700 Kilometern. Und sie lassen sich an Zapfsäulen in drei bis fünf Minuten betanken. Zudem gibt es Effizienzvorteile: Der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle sei ungefähr doppelt so hoch wie der eines Diesel-Verbrennungsmotors. Ein Brennstoffzellen-Lkw braucht acht Kilo Wasserstoff auf 100 Kilometer und müsste bei gleichem Tankvolumen wie bisher nach 300 bis 400 Kilometern nachtanken. Bislang gibt es hierzulande 87 Wasserstofftankstellen, bis Ende des Jahres werden es 100 sein.

Trotz Wasserstoffantrieb keine Explosionsgefahr

„Wasserstoff lässt sich verlustfrei speichern, in Trailern oder Pipelines transportieren und in Tanks lagern“, sagt Heinrich Klingenberg, Geschäftsführer von Hysolutions in Hamburg. Sein Unternehmen steuert, koordiniert und realisiert Projekte zur Erprobung des Einsatzes von Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Der Wasserstoff wird üblicherweise in Druckbehältern unter hohem Druck gespeichert. „Diese Drücke – bei den Nutzfahrzeugen sind das 350 und bei Pkw 700 bar – sind beherrschbar“, sagt Klingenberg. Eine Explosionsgefahr bestehe nicht, da sich Wasserstoff schnell verflüchtigt. Zudem gebe es wie bei Verbrennungsfahrzeugen strenge Sicherheitsstandards und Zulassungsvorschriften.

Für die klimaneutrale Herstellung von Wasserstoff werden erneuerbare Energien wie Wind und Solar eingesetzt. Als Katalysator in den Brennstoffzellen wird jedoch Platin benötigt. „Der Anteil am Edelmetall hat sich inzwischen aber deutlich reduziert“, so Klingenberg.

Brennstoffzelle bei schweren Nutzfahrzeugen

Die Zahl der Anwender ist bislang allerdings noch überschaubar. Laut NOW sind auf deutschen Straßen rund 722 Pkw und im ÖPNV etwa 22 Busse mit Brennstoffzelle unterwegs. Derzeit werden an den Regionalverkehr Köln 30 Busse des belgischen Herstellers Van Hool ausgeliefert, Wuppertal erhält zehn Exemplare.

Brennstoffzellen-Lkw müssen die Hürde zur Serienfertigung noch nehmen. Dafür arbeiten MAN und Shell in ein gefördertes Kooperationsprojekt zusammen. Die Partner entwickeln einen Versuchs-Lkw und untersuchen die infrastrukturellen Voraussetzungen für Brennstoffzellen-Lkw. Parallel dazu gründen die beiden Fahrzeughersteller Daimler und Volvo ein gemeinsames Joint Venture. Damit wollen die Branchenriesen die Markteinführung der Brennstoffzelle bei schweren Nutzfahrzeugen beschleunigen. Auch das Testfahrzeug Fuso Vision F-Cell, ein 7,5-Tonner von Daimler, wird im neuen Gemeinschaftsunternehmen weiterentwickelt.

Weitere Forschungsprojekte laufen. So will die Hochschule Esslingen einen 26-Tonner mit Brennstoffzellenantrieb ausstatten und zwei Jahre lang erproben. Hyundai tüftelt an der Studie HDC-6 Neptune. Und im niedersächsischen Winsen (Luhe) rüstet das Start-up Clean Logistics Bestands-Lkw zu HyBat-Trucks um. Das sind Hybridfahrzeuge mit Lithium-Ionen-Akku und Brennstoffzelle. Die Kirchhoff-Tochter Faun produziert derweil die ersten Müll- und Kehrfahrzeuge mit Brennstoffzelle.

Züge mit Wasserstoffantrieb

Pionierarbeit auf der Schiene hat der französische Schienenfahrzeugbauer Alstom geleistet. Er entwickelte den Coradia iLint genannten Wasserstoff-Brennstoffzellenzug, der momentan im Auftrag der Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen (LNVG) unterwegs ist. Auf einer knapp 100 Kilometer langen Strecke verkehrt er zwischen Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde und Buxtehude. Betankt wird er über einen 40-Fuß-Container als mobile Tankstelle. Im vergangenen Mai hat auch der Rhein-Main-Verkehrsverbund (RMV) 27 dieser Züge bei Alstom bestellt, die ab Ende 2022 Dieseltriebwagen auf vier Regionalzuglinien im Taunus ersetzen sollen.

In der Schifffahrt erforscht ein Zusammenschluss von deutschen Werften, Reedereien, Herstellern von Brennstoffzellen, Zulieferern und Prüfstellen die Technik. Eines ihrer Projekte ist „e4ships – Brennstoffzellen im maritimen Einsatz“. Es ist die Geburtstätte des Elektro-Schubschiffs „Elektra“, das seinen Strom ausschließlich aus Batterien und Brennstoffzellen bezieht. Es soll noch in diesem Jahr den Betrieb aufnehmen.

Rhein wird zur Tankstelle für Wasserstoff

Und wer liefert die Versorgungsinfrastruktur für alternative Antriebe auf dem Wasser? Hier gibt es das internationale Projekt „Rhine Hydrogen Integration Network of Excellence“, kurz RH2INE. Hiermit wollen 17 Partner Wasserstoff-Produktionsstätten entlang des Rheins  aufbauen. Mit von der Partie sind das Land Nordrhein-Westfalen sowie deutsche und niederländische Häfen. Bis 2024 sollen auf der Strecke zwischen Rotterdam und Köln knapp 2.000 Tonnen Wasserstoff verfügbar und die ersten zehn bis 15 mit Wasserstoff betriebenen Binnenschiffe unterwegs sein.

Sogar in der Luftfahrt wird über den Brennstoffzellen-Antrieb nachgedacht. Experten halten den Einsatz zumindest im Kurzstreckenverkehr für denkbar. Die Entwicklung steht hier allerdings noch ganz am Anfang.

Wer stellt eigentlich Wasserstoff her?

Zu den Herstellern von Wasserstoff zählen Mineralölunternehmen wie Shell und die Gase-Industrie mit Unternehmen wie Linde, Air Liquide und Air Products. „Bislang stammt der Wasserstoff als Nebenprodukt aus Chemieprozessen“, erläutert Thorsten Herbert von der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Ein kommerzieller Vertrieb von grünem Wasserstoff findet über den Energiepark Mainz statt. Im Hamburger Hafen soll eine große Wasserstoff-Elektrolyse mit einer Leistung von 100 Megawatt entstehen, die ungefähr zwei Tonnen Wasserstoff pro Stunde produziert.

Im Werk Wesseling der Shell Rheinland Raffinerie wird derzeit eine Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage mit einer Kapazität von 1.300 Tonnen Wasserstoff gebaut. Das Projekt „Refhyne“ soll in der zweiten Jahreshälfte 2020 abgeschlossen sein. Auch Power-to-Gas-Anlagen werden genutzt, um Strom in den gasförmigen Energieträger Wasserstoff umzuwandelnum.

Weitere Artikel aus der Reihe „Alternative Antriebe“:

Hersteller arbeiten am Elektroantrieb für Nutzfahrzeuge

E-Highway: Wenn die Autobahn zur Stromtankstelle wird