Alternative Antriebe Kann Deutschland genug Brennstoffzellen produzieren?

Autor / Redakteur: Gary Huck / Thomas Günnel

Wird sich die Wasserstoff-Brennstoffzelle in der Mobilität etablieren und kann die deutsche Industrie die Technik in den erforderlichen Mengen herstellen? Experten aus Industrie und Forschung sind optimistisch.

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Brennstoffzellen für Fahrzeuge: Noch sind die Fertigungskapazitäten in Deutschland gering.
Brennstoffzellen für Fahrzeuge: Noch sind die Fertigungskapazitäten in Deutschland gering.
(Bild: Johnson Matthey)

Laut des Bundesverkehrsministeriums waren Anfang Oktober 2020 in Deutschland rund 59 Millionen Kraftfahrzeuge zugelassen. Die meisten davon treibt ein Verbrennungsmotor an – noch. Für elektrisch angetriebene Autos gibt es zwei Alternativen: Batterie und Brennstoffzelle. Beide Konzepte eignen sich für den Einsatz in der künftigen Mobilität. Beim batterieelektrischen Antrieb sind aktuell alle großen Hersteller aktiv. Aber wie steht es um die Brennstoffzelle in Deutschland? Kann sie sich etablieren und kann die Industrie die Technik in den erforderlichen Mengen herstellen?

Noch geringe Fertigungskapazitäten

Wichtig ist der technische Hintergrund: Ohne eine Brennstoffzellen-Produktion sind alle weiteren Punkte vom Tisch. Deutschland ist hier auf einem guten Weg: Die Industrie ist erfahren darin, komplexe Bauteile herzustellen. Aber: Es ist ein Marathon, kein Sprint. Die Fertigungskapazitäten sind noch relativ gering. Laut Alexander Klonczynski, Vice President Manufacturing des Geschäftsbereichs Fuel Cell Mobility Solutions bei Bosch, soll die Fertigungskapazität bei Bosch im nächsten Jahr auf einige hundert Stacks jährlich steigen.

Im Jahr 2024 könnte dann ein sprunghafter Anstieg folgen. Benjamin Daniel, Leiter des Geschäftsbereichs Brennstoffzelle bei Schaeffler, prognostiziert den Einsatz von Brennstoffzellen zunächst bei Nutzfahrzeugen – sieht ab Ende 2020 aber einen deutlichen Zuwachs bei Pkw. Auch Ulf Groos, Abteilungsleiter Brennstoffzellensysteme vom Fraunhofer ISE, glaubt an einen sprunghaften Anstieg: „Bei der Entwicklung von Brennstoffzellen ist Deutschland schon weit fortgeschritten.

Außerdem beherrschen die deutschen Zulieferer und der Maschinen- und Anlagenbau die Industrialisierung. Das heißt: die Massenfertigung von Gleichteilen bei hoher Qualität. Mit der global sehr dynamisch ansteigenden Marktnachfrage, werden wir also einen sprunghaften Anstieg der Kapazitäten sehen.“

Wo ist der Absatzmarkt?

Die Produktion orientiert sich in erster Linie am Markt. Kein Hersteller wird Ressourcen in die Fertigung eines Produkts investieren, das niemand kauft. Zumindest im Mobilitätsbereich könnte das ein Problem werden. Volkswagen hat bei Pkw aktuell kein Interesse an der Brennstoffzelle. Audi teilte auf Anfrage mit, dass es unter den aktuellen Voraussetzungen kein Einsatzgebiet für den Brennstoffzellenantrieb in Pkw gibt. BMW plant, frühestens in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts einen Brennstoffzellen-Pkw auf den Markt zu bringen. Scheitert die Industrialisierung der Technologie am fehlenden Absatzmarkt?

Wahrscheinlich nicht. Zwar sind die großen deutschen Automobilhersteller derzeit kaum an Brennstoffzellen für Pkw interessiert; das muss aber nicht so bleiben. „Ab 2030 könnten auch mehr Pkw mit Brennstoffzellen ausgerüstet werden“, meint Benjamin Daniel von Schaeffler. Dann könnten Pkw auch von Entwicklungen bei Nutzfahrzeugen profitieren. Denn dort wird es ohne Wasserstoffantrieb kaum gehen.

„Um die geforderten Emissionswerte erreichen zu können, muss im Schwerlastbereich etwas passieren. Dort sollte es keine Verzögerungen geben, denn die Brennstoffzelle ist hier quasi alternativlos“, erklärt Ulf Groos von Fraunhofer.

Auf lange Sicht sinken die Preise

In diesem Sektor können sich Hersteller etablieren. Dort gibt es Bedarf. Der wird voraussichtlich eher langsam wachsen, die Unternehmen werden nicht überfordert. Wenn sich dadurch Produktionen etablieren, profitiert auf lange Sicht die gesamte Mobilität: Preise für Brennstoffzellen werden sinken, die Qualität der Zellen wird besser. Die potenziellen Komponenten-Hersteller können ihre Produktionslinien über mehrere Jahre ausbauen. Und wenn sich die Autohersteller dann doch für Brennstoffzellen in Pkw entscheiden, sind sie bereit zu liefern.

Vorausgesetzt: die Rohstoffversorgung funktioniert. Brennstoffzellen benötigen unter anderem Platin. Das Edelmetall ist teuer. Das meiste Platin kommt aus Südafrika oder Russland; Abhängigkeiten sind denkbar – die existieren aber bereits. Platin findet sich auch in Katalysatoren der Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren. Die Lieferketten für das Metall sind etabliert. Und: Der Platinanteil in Brennstoffzellen sinkt und das Metall ist recycelbar. „Wir wollen mit unseren Partnern eine Circular Economy für Platin aufbauen, um möglichst wenig Primärmaterial einsetzen zu müssen“, sagt Alexander Klonczynski von Bosch.

Nachhaltige Materialien

Engpässe könnte es eher bei Materialien für Beschichtungen in der Brennstoffzelle geben. Denn wenn die Ansprüche an die Lebensdauer der Zellen steigen, müssen auch diese Materialien mehr leisten. „Wir entwickeln Prozesse und Materialien und stimmen diese aufeinander ab, um höchste Performance der Brennstoffzellen zu ermöglichen. Bei der Materialentwicklung liegt der Fokus auf Nachhaltigkeit. Denn nur nachhaltige Materialien werden auch in hohen Stückzahlen wirtschaftlich sein“, erklärt Daniel.

Die Produktion von Brennstoffzellen in Deutschland ist aber auch abhängig von der Wasserstoffinfrastruktur. Wenn sie nicht kontinuierlich über die nächsten Jahre mitwächst, bringen Brennstoffzellen in der Mobilität, vor allem in Pkw, keine Vorteile. Gegenüber batterieelektrischen Konzepten haben Brennstoffzellen-Fahrzeuge den Vorteil, dass sie ähnlich schnell betankt werden können wie Verbrenner.

Um diesen Komfort zu nutzen ist ein umfangreiches Tankstellennetz notwendig. Bundes- und Landesregierungen wollen in den kommenden Jahren in die Wasserstoffwirtschaft investieren, der Ausbau der Infrastruktur sollte möglich sein.

Ein neuer Brennstoffzellen-Boom?

Stehen wir am Beginn eines Brennstoffzellen-Booms? Wahrscheinlich. Zwar gab es auch schon in den 1990er- und frühen 2000er-Jahren starkes Interesse an Brennstoffzellen – und jeweils wurde nichts daraus. Jetzt aber sind die Rahmenbedingungen anders: Wasserstoff wird nicht mehr singulär für bestimmte Anwendungen betrachtet, sondern für die Wirtschaft allgemein. Deswegen steht auch einer industriellen Produktion von Zellen und Stacks in Deutschland nichts im Weg. Die noch offenen Herausforderungen lassen sich lösen. Um auf die Marathon-Metapher vom Anfang zurückzukommen: Wir haben uns gut vorbereitet und trainiert. Jetzt müssen wir durchhalten, um die Distanz zu meistern.

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