Automobilindustrie : Wie Europas Autoindustrie den Wasserstoff-Anschluss verliert

Die Geschichte der eu­ropäischen Automo­bilindustrie war zu­letzt eine der verta­nen Chancen, wie das Beispiel Daimler ex­emplarisch zeigt: 2009 beteiligten sich die Stuttgarter an einem damals noch reichlich obskuren Automotive-­Start­up. Für einen zweistelligen Millionen­-Euro­-Betrag erwarb man zehn Prozent der Aktien der fünf Jahre zuvor gegründeten Tesla Incorporated. Zu wenig Zukunfts­perspektive aus Sicht der Stuttgarter – und ein saftiger Spekulationsgewinn, der winkte: Fünf Jahre später, im Jahr 2014, stieß man den Anteil für 600 Millionen Euro wieder ab. Heute wäre das Aktien­paket fast eine Milliarde Euro wert – und die wirtschaftliche Nähe zum vielleicht schärfsten Konkurrenten im Bereich der Elektromobilität ein echtes Ass für die Zukunft. Statt zum Technologieführer zu werden, fiel Daimler in der Folge bei der Batterietechnologie weit zurück. Abhän­gig von Zulieferern aus China muss Daim­ler wie die anderen deutschen OEMs jetzt hart darum kämpfen, nicht völlig den Anschluss zu verlieren.

Schenkt man Automotive­-Experten Glauben, sind die großen europäischen Autokonzerne gerade im Begriff, den Fehler, der im Falle der reinen Batterie­ Elektromobilität passierte, ein zweites Mal zu begehen. Statt großflächig im Bereich des Wasserstoffantriebs zu for­schen, überlassen sie die technologische Entwicklung einer Avantgarde von OEMs aus Japan, Korea und – neuer­dings – China. Wasserstoff für die Mas­senproduktion von Pkw, vor allem aber von Nutzfahrzeugen gilt mittlerweile fast als Staatsziel in der gelenkten Volkswirtschaft Chinas.

Dabei hätten die europäischen OEMs in diesem Bereich durchaus Disruptionspotenzial: Mit der – im Vergleich zur Batterietechnologie – hohen Komplexität in Entwicklung und Produktion von Brennstoffzellen wären die Kardinaltu­genden der ingenieursgetriebenen Ferti­gung, Automatisierung und Produkti­onsqualität ausspielbar. Und Wasserstoff­ Tradition haben wir in Europa allemal:

Der weltweit erste Brennstoffzellen-­Wagen mit Straßenzulassung fuhr bereits im Jahr 1970 – mit einem Grazer Kennzeichen gebaut vom österreichischen Chemiker Karl Kordesch.

Wo steht die europäische Industrie in diesem Schlüsselbereich? Wie positionieren sich die Zulieferer? Und wie weit sind Europas Ingenieure im Vergleich zu den Mitbewerbern in Asien? Eine Momentaufnahme.

Wasserstoff kommt seit Jahrzehnten immer wieder zum Einsatz, wo die Vorteile der Technologie überwiegen und Geld keine Rolle spielt: in der Raumfahrt bzw. für militärische Anwendungen. Prinzipiell ist die Technologie gut erprobt und funktioniert. Problem bei der Verwendung von Brennstoffzellen war (und ist) allerdings deren kostenintensive Herstellung, die aufwendiger manueller Prozesse bedarf.

Genau diese Zeit der „Brennstoffzellen-­Manufakturen“ in hochspezialisierten Entwicklungsabteilungen kommt – schenkt man Experten und Wasserstoff-Befürwortern Glauben – nun zu einem Ende. „Im Prinzip gibt es an der Brennstoffzelle nichts, das teuer sein muss“, sagt Helmut List, CEO des steirischen Antriebssystemeherstellers AVL List.

Geforscht wird derzeit an automatisierten Fertigungsprozessen, etwa bei der Herstellung von Membran Elektro­ den Einheiten (MEA), dem Herzstück der Brennstoffzellen, wo die elektrochemische Reaktion stattfindet. Oder beim sogenannten Stacking – also beim Aneinanderreihen mehrerer Brennstoffzellen zu einer Einheit, die dann in Kraftfahr­zeugen verbaut werden.

Die Stärken der batteriebetriebenen Kfz liegen in der Energieeffizienz und der relativ simplen Technologie. Wasserstoff­ betriebene Elektrofahrzeuge hingegen haben eine größere Reichweite, sind unempfindlicher gegenüber niedrigen Außentemperaturen und können leichter gebaut werden. Auch die Geschwindigkeit des Ladevorgangs ist ein Vorteil. Allerdings: Die H2­Technologie ist gegenüber der Batterietechnologie in der Erzeugung und auch bei den Betriebs­ kosten deutlich teurer.

Was sonst noch für (grünen) Wasserstoff spricht, sind Umweltaspekte: Die giftigen Basisgrundstoffe Kobalt, Nickel und Kadmium von Batterien sind schon bei der Gewinnung umweltschädigend. Und die Entsorgung der alten Akkus ist problematisch. Ein „zweites Leben“ von Akkus, etwa im Wohnbereich angedacht, bedeutet jedoch – führen Kritiker aus – nur eine zeitliche Verlagerung der Entsorgung und eine Art Delegieren der Entsorgung von der Mobilität in einen anderen Industriezweig.

Seit bald fünf Jahren bieten die asiatischen OEMs Toyota, Honda und Hyundai ihre Pkw­-Modelle zum Kauf an. Aus­schlag dafür war eine wirtschaftspolitische Entscheidung vor mehr als zehn Jahren. „Da ist der politische Wille mit dem Mut der Hersteller einhergegangen, in Zero-­Emission­-Technologien zu investieren. Und nicht nur Versuchsfahrzeuge zu bauen, sondern diese Kfz auch zügig auf den Markt zu bringen“, erklärt Tobias Brunner, der bis 2015 den Brennstoffzellenbereich bei BMW geleitet hat. Mit dieser Entscheidung sei die Bereitschaft einhergegangen, anfangs auch Verlust zu machen. „Aber aus umweltpolitischer Sicht führt an dieser Technologie kein Weg vorbei“, meint Brunner. „Außerdem sichern sich diese Hersteller die Rolle des Marktführers für die Zeit nach dem Verbrennungsmotor.“

Wenn im Jahr 2022 in Peking und in den Städten der benachbarten Hebei-Provinz die olympischen Winterspiele stattfinden, soll dies zu einem Schaulaufen der seit einigen Jahren massiv geförderten Brennstoffzellenbranche werden. Laut aktuellem Strategiepapier des chinesischen Industrieministeriums soll bereits im Jahr 2025 jedes vierte verkaufte Auto über einen alternativen Antrieb verfügen.

17 chinesische OEMs produzieren in dem Bereich: Alleine in Shanghai werden bis Ende dieses Jahres 3.000 H2­-Busse und ­Zustellfahrzeuge unterwegs sein. In der Technologie­-Metropole Shenzhen kreisen die ersten H2­-Linien­busse bereits seit dem Jahr 2016. „Der chinesischen Führung geht es darum, die zweite Stufe der Elektromobilität zu zünden“, sagt der ehemalige BMW­-Manager Tobias Brunner, der von 2015 bis 2018 die Wasserstoffstrategie des chinesischen Kfz-Herstellers Grand Wall Motors entwarf. „Man hat gesagt: Wir haben die Technologieführerschaft bei der Batterie. Jetzt betreten wir die zweite Stufe: Wasserstoff. Und dekarbonisieren damit den Güterverkehr.“ Noch hält Brunner die chinesischen H2­-Fahrzeuge für nicht europareif. „Aber schon in zweiter, spätestens in dritter Generation werden diese Fahrzeuge ausgereift sein.“ Zu diesem Zeitpunkt würden die chinesischen Hersteller dann in einem Volumen und zu Kosten produzieren, „denen die deutschen OEMs kaum noch etwas entgegenhalten können“.

Brancheninsider wie der in Shanghai lebende Österreicher Michael Sikora berichten, dass die Stadt auf Hochtouren daran arbeite, ein Netz an H2-­Tankstellen aufzubauen. Hier setzt auch Sikora mit seinem Geschäftsmodell an: Der seit vielen Jahren in China tätige Technologie­-Consulter will chinesische Investoren mit europäischen Anlagenbauern und Automotive-­Zulieferern zusammenbringen.

Noch stellt die Großserienproduktion in entsprechender Qualität und zu entsprechenden Kosten eine Herausforderung dar. Was bisher im Labormaßstab oder für Kleinserien möglich war, muss industrialisiert werden. Dazu kommen einige weitere Besonderheiten. Eine Brennstoffzelle im Motorraum eines Pkw unterzubringen, ist zum Beispiel eine anspruchsvolle Ingenieursleistung. Es ist daher kein Zufall, dass Brennstoffzellenfahr­zeuge wie der Hyundai Nexo als SUV daherkommen.

Ein weiteres Problem im Zusammen­hang mit Wasserstoffantrieben in Fahrzeugen ist seine Speicherung. Wasserstoff ist hochexplosiv und flüchtig. Er muss entweder in Hochdruckgasflaschen gespeichert werden, was sich negativ auf die Reichweite auswirkt. Alternativ kann er verflüssigt werden, was wiederum einen enormen Energieaufwand bedeutet, da Wasserstoff erst bei minus 253 °C den Aggregatzustand wechselt.

Es ist ein offenes Geheimnis, dass die europäische Autoindustrie lange am Verbrennungsmotor festhielt, weil damit am besten Geld zu verdienen war. Dennoch haben alle großen deutschen Hersteller inzwischen Brennstoffzellen-Prototypen und ­Testversionen entwickelt. Daimler zum Beispiel präsentiert gerne den GLC F­CELL, ein Hybridfahrzeug, das Brennstoffzellen­ und Batterietechnologie verknüpft. BMW kooperiert in der Technologie mit Toyota und will ab 2022 den X5 mit Brennstoffzelle als umweltfreundliche Antriebsalternative auf den Markt bringen. Selbst bei VW, wo Vorstandsvorsitzender Herbert Diess gerne über Wasserstoffautos ätzt und die Weichen auf batterieelektrische Fahrzeuge gestellt sind, entwickeln Audi und Porsche gemeinsam ein Baukastensystem für Antriebsenergie, die nicht nur aus Akkus, sondern auch aus einer Brennstoff­zelle bezogen werden kann.

Während Ex-­BMW-­Manager Brunner und Wasserstoff-­Consulter Sikora davor warnen, dass sich die europäische Fahrzeugindustrie abhängen lässt, sieht Wolfgang Bernhart, Automotive-­Experte bei Roland Berger, die Situation entspannter. Tatsächlich seien die Aktivitäten rund um die Brennstoffzelle durch­ aus rege und die Industrie vom Grundsatz her nicht schlecht aufgestellt. Aufgrund der hohen Qualität der Automatisierungstechnik, schätzt der Experte, gebe es aber durchaus gute Chancen aufzuholen. Mit soliden Produkten und guten deutschen Markennamen werde man dem Vorsprung der asiatischen Firmen etwas entgegensetzen können.

Und man hofft auf den hohen technologischen Deckungsgrad: Elektrische Achse, elektrische Antriebe werden auch bei Brennstoffzellen-­Kfz eingesetzt. Wolfgang Bernhart: „Ich denke, es wird relativ schnell möglich sein, elektrische Fahrzeuge auf den Betrieb mit Brennstoffzellen umzurüsten.“

Kfz­-Zulieferer und Komponenten-­Hersteller, sind sich Branchen­-Insider einig, sind derzeit eher die treibende Kraft für den Einsatz von Wasserstoff als die OEMs. Im offenen strategischen Widerspruch zu seinem Premium­-Kunden Volkswagen hat der Automobilzulieferer Bosch ein um­fangreiches Portfolio an Komponenten für Brennstoffzellen in Lkw und Pkw entwickelt: unter anderem einen Luftkompressor mit Leistungselektronik sowie ein Steuergerät mit Sensoren. Im Frühling 2019 vereinbarte Bosch eine Kooperation mit dem schwedischen Stack­-Hersteller Powercell: Gemeinsam will man den Stack auf Basis der Polymerelektrolyt­ Brennstoffzelle (PEM) zur Serienreife weiterentwickeln; spätestens 2022 soll der Stack auf den Markt kommen. „Technologie zu industrialisieren ist eine unserer Stärken. Das gehen wir jetzt konsequent an und erschließen den Markt“, erklärt Stefan Hartung, Bosch­-Geschäftsführer und Vorsitzender des Unternehmensbereichs Mobility Solutions, gegenüber dem INDUSTRIEMAGAZIN. Auch beim Zulieferer Schaeffler hat man das Potenzial der Wasserstofftechnologie als Energieträger der Zukunft erkannt und entwickelt Schlüsselkomponenten für Brennstoffzellen und Brennstoffzellen­-Stacks, sogenannte metalli­sche Bipolarplatten. Bezeichnenderweise wurden diese der Weltöffentlichkeit im November das erste Mal in Asien vorgestellt – bei der Tokyo Motorshow.

Auch bei Hoerbiger Antriebstechnik entwickle man zu Wasserstoff, selbst wenn die Technologie – wie Ansgar Damm, Leiter Forschung und Entwicklung bei Hoerbiger, ausführt – derzeit nur als eine Option unter mehreren gesehen werde. Beim Projekt Keytech4EV, für das unter Federführung des österreichischen AVL ein Brennstoffzellen­-Batterie­-Demonstrationsfahrzeug gebaut wurde, lieferte Hoerbiger das Wasserstoffeinspritzventil und entwickelte die passive Wasserstoffrezirkulation. Was die Zukunftsaussichten von Wasserstoff in der Mobilität betrifft, ist Damm optimistisch: „Ich gehe davon aus, dass wir in zehn Jahren H2­-Fahrzeuge in großer Stück­zahl auf den Straßen sehen werden.“

Derzeit profitieren die Vorreiter der europäischen Automobilzulieferindustrie von der Nachfrage des asiatischen Marktes: „Wir registrieren derzeit mehr Nachfrage in China als im europäischen Markt“, sagt Ansgar Damm von Hoerbiger. „Wenn wir neue Komponenten entwickeln, denken wir von vornherein daran, dass wir sie auch in China industrialisieren. Die Dynamik dort ist im Moment sehr hoch.“

Ein gar nicht so geringer: Für ein Projekt mit dem sperrigen Namen Keytech4EV entwickelte ein Konsortium unter der Leitung des industriellen Antriebssystementwicklers AVL (siehe Interview nächste Seite) einen Hybrid­-Brennstoffzellen­ Batterieantrieb für ein Demonstrationsfahrzeug. Beteiligt an dem Projekt waren die Komponenten­ und Subsystemhersteller Hoerbiger, Magna und Elring Klinger sowie diverse Forschungseinrichtungen. (Lesen Sie dazu ausführlicher: >> Dieses Wasserstoffauto kommt aus Österreich)

Auf Wasserstoff setzt auch der österreichische Batterieladetechnik-­Hersteller Fronius: In Thalheim bei Wels betreibt das Unternehmen die erste grüne, innerbetriebliche Wasserstoff­-Betankungsanlage Österreichs. Diese erzeugt mit über­schüssiger Sonnenenergie aus einer Photovoltaikanlage sauberen Wasserstoff, der zum Antrieb für Fahrzeuge mit Brennstoffzelle genutzt werden kann. Im Industriebereich sind Verbund und Voestalpine sowie die OMV aktiv.

Bis 2030 dürften nach Schätzung der Brennstoffzellen­-Falken von Bosch rund 20 Prozent aller Elektrofahrzeuge weltweit mit Brennstoffzellen angetrieben werden. Die besten Chancen für einen breiten Einsatz der Brennstoffzellentechnik sieht auch Bosch im Nutzfahrzeug­-Markt. „Je höher das Gewicht der Fahr­zeuge und je weiter die Strecken, desto eher spielt Wasserstoff seine Vorzüge der höheren Energiedichte aus: beim Lkw­-Verkehr, bei Bussen und im Bahnverkehr auf schwer elektrifizierbaren Strecken“, schätzt Rudolf Zauner, Wasserstoff-­Experte bei Verbund. (Lesen Sie hier das Interview mit Zauner über die Zukunft grüner Energieversorung, Anm.)

Brennstoffzelle und Batterie sind dabei nicht notwendigerweise Konkurrenten. Sie können in ein und demselben Fahrzeugtyp vorhanden sein. So könnte es in Zukunft rein batterieelektrisch angetriebene Pkw für kürzere Strecken geben und Reise­ oder Nutzfahrzeuge, die zusätzlich eine Brennstoffzelle an Bord haben. Das Konzept könnte auch in Zukunft changieren – von Plugin­-Hybriden, die Wasserstoff nur für größere Entfernungen nutzen, oder Brennstoffzellen-Autos, die kleinste Batterien zum Puffern und Rekuperieren brauchen. Denkbar ist auch, dass Brennstoffzellen eher stationär zum Bei­spiel in den privaten Garagen verbaut und zum Laden des eigenen Batteriefahrzeugs genutzt werden.

„Die erste Anwendung für die Brennstoffzelle, die wirtschaftlich funktionieren wird, ist die E-­Mobilität“, ist sich der ehemalige BMW-­Manager Tobias Brunner sicher: „Taxis, Busse, Fahrzeugflotten – in den nächsten fünf bis zehn Jahren werden wir einen Business­ Case sehen und die Kosten werden dramatisch sinken.“

Die europäischen Autokonzerne arbeiten seit dreißig Jahren an der Brennstoffzellentechnologie, ohne je ein Modell auf den Markt gebracht zu haben. Warum dauert das so lange?

Jürgen Rechberger Die Rahmenbedingungen haben sich geändert. Die EU­Abgasnormen für den Flottenverbrauch konnten bis jetzt durch Innovationen bei Verbrennungsmotoren erfüllt werden. Jetzt wurde die Gesetzgebung verschärft. Die Flottenverbräuche müssen bis 2030 noch ein­ mal um 37,5 Prozent des Standes 2020 gesenkt werden. Diese Vorgaben können nur mehr durch den Verkauf von Modellen mit elektrischen oder wasserstoffbasierten Antrieben erreicht werden.

Wasserstoffantrieb oder Elektroauto: Wie wird das Match der alternativen Antriebsformen enden?

Rechberger Das Potenzial der Brennstoffzellentechnologie ist enorm. Wasserstoff besitzt etliche entscheidende Vorteile: Sie können das Auto in drei Minuten betanken und haben dabei eine Reich­ weite von bis zu 800 km – alles Werte, die mit den gewohnten Eigenschaften eines Verbrennungsmotors mithalten und jene des reinen Elektroautos übertreffen. Dazu kommen niedrigere Produktionskosten im Vergleich zu großen Batterien. Ab einer Batteriegröße von 50– 60 kWh (dies entspricht einer Reichweite von 300–350 km, Anm. d. Red.) sind die Kosten eines Brennstoffzellenantriebssystems niedriger als von einem batterieelektrischen.

Wie schwierig ist es, die Technologie massentauglich zu machen?

Rechberger Die Brennstoffzelle ist im Auto bereits massentauglich. Selbstverständlich müssen noch weiter Kosten gesenkt werden, aber selbst diese sind bereits heute vergleichbar zu Batteriefahrzeugen mit hohen Reichweiten. Das primäre Problem liegt in der fehlenden Infrastruktur für die Betankung und Verteilung von Wasserstoff.

Seit der Explosion des Luftschiffes Hindenburg hat Wasserstoff ein gefährliches Image. Wie kann Produktion und Vertrieb von Wasserstoff im Alltag passieren?

Rechberger Dafür gibt es mehrere Wege. Die einfachste Transportform von Wasserstoff ist im gasförmigen Zustand und in Druckflaschen. Das ist aber groß­ technologisch gesehen schwierig, da nur geringe Mengen transportiert wer­den können. Die zweite Möglichkeit besteht in verflüssigtem Wasserstoff, der auf ­253 Grad Celsius runtergekühlt und in isolierten Tankwagen verteilt wird. Diese Form der Verteilung ist für Tankstellen die gebräuchlichste. Das größte Potenzial hat die Verteilung von Wasserstoff in Pipelines. Das aktuell bestehen­ de Netz aus Erdgaspipelines könnte so eine weitere, klimafreundliche Nutzung erfahren und so Wasserstoff auch für Industrieanwendungen und Raumwärme zugänglich gemacht wer­ den.

Was wird ein Brennstoffzellenauto kosten?

Rechberger Tendenziell werden die Kosten eines Brennstoffzellenfahrzeugs im Bereich von heutigen Hybrid­-Fahrzeugen liegen. Toyota hat den Preis für den neuen Mirai, der ab Herbst 2020 kommen soll, noch nicht kommuniziert. Wenn die Gerüchte stimmen, wird ein Preis ab 35.000 Euro angepeilt.

Wann werden Brennstoffzellenautos im Straßenverkehr bemerkbar sein?

Rechberger Die Brennstoffzellentechnologie wird sich zuerst im Nutzfahrzeug durchsetzen, da dort wesentlich weniger Wasser­stofftankstellen benötigt werden. Ab 2025 erwarten wir auch eine stärkere Durchdringung des Pkw­-Segments. Ich erwarte, dass dann jeder Anbieter zumindest ein Modell im Angebot hat. China setzt bereits heute voll auf diese Technologie. Förderungen für Elektroautos gibt es dort fast keine mehr. Langfristig werden sich Batterie­ und Brennstoffzellentechnologie den Markt aufteilen. Ich erwarte, dass dabei kleinere Fahrzeuge mit kürzeren Reichweiten zu Batterien tendieren und größere, schwerere Fahrzeuge mit Brennstoffzelle angetrieben werden.