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 für Solar- und Wasserstoffforschung (ZSW) oder bei der Formulierung des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP). Sven Jösting sprach für die HZwei mit Prof. Tillmetz, der nach seiner Pensionierung mit h2connect.eco ein H2-Netzwerk für die Bodenseeregion gegründet 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 Elektromobilität“ lesen kann. Wo stehen wir heute bei der Brennstoffzelle in der Mobilität?

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 Mobilität ist es faszinierend, die inzwischen sehr breite und weltweite Industrialisierung zu verfolgen. Asiatische Firmen haben die Serienproduktion gestartet, aber auch deutsche und europäische Unternehmen sind inzwischen sehr erfolgreich dabei. Technologisch sind Brennstoffzellen reif für den Markt.

BBE

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 einschätzen?

In den 1990er Jahren habe ich als einer der Pioniere die Aktivitäten in diesen Firmen aktiv mitgestaltet. Seit 2003 verfolge ich die Aktivitäten 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 führenden 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 ähnlich hoch wie die Umsätze. Allerdings entwickelt sich der Markt erst seit kurzem so richtig gut, primär getrieben durch die weltweiten Gesetzgebungen zum Klimaschutz. Auch die Zahl der Übernahmen und die damit verbundenen Bewertungen sind beeindruckend.

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

Das ist ein ganz spannendes Phänomen. Die Fahrzeugindustrie hat es in den letzten Jahren nicht mehr geschafft, die globale Gesetzgebung zu den Emissionen einzubremsen. Gleichzeitig kam mit Tesla ein zunächst belächelter Konkurrent auf den Markt, der den etablierten Firmen zunehmend Umsatz in den margenträchtigen 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 über- und Tesla unterschätzt.

Bei E-Fahrzeugen sind Energieverbrauch und Ladeinfrastruktur entscheidend. Beides hat Tesla hervorragend gemeistert, während 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 Hürden für die Batterie werden immer sichtbarer: Woher sollen die ganzen Rohstoffe kommen und wie kann man bedarfsgerecht den grünen Strom zum (schnellen) Laden überhaupt bereitstellen?

Es gibt verschiedene Modelle, Wasserstoff in Kraftfahrzeugen zum Einsatz zu bringen. Da werden auch Modelle vorgestellt, bei denen Ammoniak, Methanol oder Wasserstoff (flüssig oder gasförmig) direkt im Motor zum Einsatz kommen soll – ohne den Umweg über die Brennstoffzelle. Wie schätzen 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 Verfügbarkeit des grünen Kraftstoffes an der „Tankstelle“.

Für 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 während 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. Für den kostengünstigen Überseetransport von Energie aus den vielen Sonnengürteln der Welt ist ein bei Umgebungstemperatur flüssiger 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 Länder haben da Ihrer Meinung nach das bessere Konzept?

Die deutsche und europäische Politik ist strategisch nicht sehr durchdacht und an vielen Stellen ideologisch geprägt. 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 Fachkräfte und eine solide industrielle Infrastruktur, insbesondere mit den vielen langfristig denkenden Familienunternehmen. Asiatische Länder 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 grünen Strom gibt und die vollgeladene Batterie für einige Tage fahren ausreicht – auch wenn mal keine Sonne scheint oder kein Wind weht. Das kann auch beim Arbeitgeber sein, wenn der beispielsweise die Parkplätze mit Photovoltaik ausrüstet oder kleine Windmühlen auf dem Dach montiert. Für alle Vielfahrer, Stadtbusse, Transportunternehmen ist schnelles, flexibles Tanken ganz entscheidend: grünen Wasserstoff oder grünes Methanol kann man immer und überall tanken.

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

Moderne Brennstoffzellenantriebe inklusive der Tanks sind deutlich leichter und kleiner als eine Batterie, für 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 fünf Tonnen in einen Lkw einzubauen macht wirklich keinen Sinn. Das Konzept von Apple ist gut und wird auch schon für die Transporter von Renault und den Stellantis-Marken kommerziell angeboten.

Welche Länder haben bei der Brennstoffzelle die Nase vorn und warum?

Das sind mehr die Firmen als die Länder. Toyota und Hyundai gehen beide mit ihrem jeweiligen Produkt (Brennstoffzellensystem) in ganz viele Anwendungen und Märkte. Das bringt Stückzahl und reduziert damit Kosten. Bosch hat eine sehr überzeugende Strategie und wird sehr schnell seine weltweiten Partner beliefern. Die französischen Autokonzerne haben sich mit strategischen Partnern gut aufgestellt, und natürlich die vielen chinesischen Firmen, die am schnellsten in die ganz großen Stückzahlen gehen werden.

Können Sie bitte ein Zukunftsszenario für die Brennstoffzelle und Wasserstoff entwickeln? Wo stehen wir heute, in fünf 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 Veränderungen 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 veränderte. Bei disruptiven Innovationen sind die Veränderungen extrem schnell und kaum vorhersagbar, wie uns auch das Beispiel von Kodak und der digitalen Fotografie gezeigt hat. Die Batterie allein wird nicht der Glücksbringer für alles, wie vor kurzem Bosch-Chef Hartung sehr deutlich gemacht hat. Um die Klimaveränderung überhaupt noch in den Griff bekommen zu können, brauchen wir alle Optionen und vor allem mehr Handeln als Diskussion.

Was müsste die Politik (Deutschland, EU) tun, um der Brennstoffzelle und dem Wasserstoff Auftrieb zu geben in der Mobilität?

Technologieoffen sein und eine ganzheitlich durchdachte Strategie haben. Dazu hilft es, öfter mal aus dem Fenster zu schauen, um festzustellen, ob es gerade genügend Sonne oder Wind gibt, um die Energieversorgung für 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 unzählige 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. Häufig wird dann noch der Wirkungsgrad (Kraftstoff- oder Energieverbrauch) des Fahrzeuges mit der vorgelagerten Kette (Kraftstofferzeugung) vermischt. Der Abgleich mit der Realität lässt fast durchweg zu wünschen übrig.

Den Energieverbrauch am Fahrzeug zu vergleichen, sollte eigentlich recht einfach sein, solange man auch ähnliche 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 flüssige Kraftstoffe in Liter, ohne deren Heizwert zu berücksichtigen.

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 müssen, 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 Süden Deutschlands. Wird der Strom zum Laden der Batterie über eine Gasturbine (Wirkungsgrad: 40 %) aus Erdgas und künftig 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 grünen 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 über 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 Realität aber eher unwahrscheinlich. Die grüne Energie aus sehr sonnen- und windreichen Regionen zu importieren ergibt ökonomisch viel Sinn. Der Transport über Stromleitungen wird sich allerdings auf bestimmte Regionen wie die Nordsee beschränken. Das vorhandene europäische Gasnetz für den Transport von grüner Energie in Form von Wasserstoff zu nutzen, ist mehr als naheliegend. Für den Überseetransport werden flüssige Energieträger wie Methanol oder Kerosin (E-Fuels) unschlagbar attraktiv. Diese dann direkt für den Antrieb zu verwenden, ist sehr viel effizienter, als dann daraus wieder Strom zu machen.

Die grüne 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 grüne Energieträger.

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

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1 Gedanke zu „Markt entwickelt sich richtig gut“

  1. “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 Realität wird.
    Dass man in anderen Ländern 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 dürftig.
    Aber ich lasse mich gern positiv überraschen.

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