Was braucht es zum Comeback der Brennstoffzellenfahrzeuge?

Eine IDTechEx-Studie analysiert Probleme, Perspektiven und Möglichkeiten für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge.

Damit wieder Power in den Wasserstofftank kommt, sind noch eine Menge Weichenstellungen nötig – so jedenfalls das Fazit einer aktuellen Studie. (Foto: Toyota)
Damit wieder Power in den Wasserstofftank kommt, sind noch eine Menge Weichenstellungen nötig – so jedenfalls das Fazit einer aktuellen Studie. (Foto: Toyota)
Redaktion (allg.)
(erschienen bei VISION mobility von Claus Bünnagel)

Die Verkäufe von Brennstoffzellenfahrzeuge sind ab 2021 weitgehend zum Erliegen gekommen. Bedeutet dies jedoch, dass es in Zukunft keinen Markt für sie geben wird? Und was ist erforderlich, um sie zu einem Erfolg zu machen? Die Studie „Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge 2024-2044: Märkte, Technologien und Prognosen“ von Dr. James Edmondson, Forschungsdirektor bei IDTechEx, ist skeptisch, ob sich Brennstoffzellenfahrzeuge zu einer Lösung für den Massenmarkt entwickeln werden. Sie sieht aber unter bestimmten Umständen und für gezielte Anwendungen noch eine begrenzte Chance. Dank des derzeit sehr kleinen Marktes ergibt sich für Brennstoffzellenfahrzeuge in den nächsten 20 Jahren ein Wachstum um das über 60-fache.

Die Probleme des Brennstoffzellenfahrzeugs

Brennstoffzellenfahrzeuge sind auf dem Automobilmarkt sowohl aus physikalischer Sicht als auch aus der Sicht der Verbraucher wenig sinnvoll. Ihr großer Vorteil gegenüber batteriebetriebenen Fahrzeugen ist die größere Reichweite. Die meisten vollelektrischen Modelle können jedoch die normalen Reichweitenanforderungen der meisten Menschen erfüllen, und für längere Fahrten wird das öffentliche Ladenetz ständig verbessert. Es ist zwar ein stichhaltiges Argument, dass nicht jeder Zugang zu einer Ladestation zu Hause hat. Aber diese Situation verbessert sich stetig, und das gleiche Argument kann auch für Brennstoffzellenfahrzeuge angeführt werden: Es gibt nur sehr wenige Ladestationen, was das Tanken erschwert.

Wasserstoff als Kraftstoff ist zudem sehr teuer. Auf der Grundlage von IDTechEx-Schätzungen für die ungefähren Kosten von Diesel, Strom und Wasserstoff in Kalifornien im Jahr 2023 könnte ein Tesla Model 3 etwa 0,04 US-$/Meile kosten, verglichen mit einem Toyota Mirai mit 0,21 $/Meile, was sogar über den Kosten eines Benzinfahrzeugs mit 0,15 $/Meile liegt. Dies wird zwar je nach Region variieren, aber die Wasserstoffkosten müssen näher bei 3 US-$/kg liegen, um mit reinen Stromern konkurrieren zu können – aktuell liegt der Kilo-Preis für grünen Wasserstoff in Kalifornien bei teilweise 30 $. Zudem schließen aktuell reihenweise Tankstandorte.

Die Fahrzeuge sind auch teuer in der Anschaffung: Der Einstiegspreis in den USA liegt bei etwa 50.000 US-$. Ein Tesla Model 3 kostet dagegen etwa 40.000 $ (beides vor Förderungen). Der Preis von Brennstoffzellenautos ist deutlich gesunken, aber die Komplexität des Antriebsstrangs ist eine der Hauptursachen für den Kostenanstieg. Im Vergleich zu einem vollelektrischen Antriebsstrang, der eine Batterie, einen Motor und Leistungselektronik erfordert, benötigt ein Brennstoffzellenfahrzeug eine (viel kleinere) Batterie, einen Motor, Leistungselektronik, eine Brennstoffzelle und einen Wasserstoffspeicher.

Auch die Effizienz der Energieerzeugung ist ein Thema. Grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wird benötigt, um Wasserstoffautos zu einer Null-Emissions-Lösung zu machen. Wenn diese erneuerbare Energie jedoch für ein vollelektrisches Fahrzeug verwendet wird, gelangen etwa 75 % davon auf die Räder. Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug sind es nur etwa 15 bis maximal 25 %, die für den Antrieb zur Verfügung stehen. Aus physikalischer Sicht sollte daher, wenn möglich, ein reiner Stromer verwendet werden.

Was ist für den Erfolg von Brennstoffzellenfahrzeugen erforderlich?

Subventionen und Förderprogramme haben den Erfolg von Brennstoffzellenfahrzeugen bis heute weitgehend bestimmt. Während dies anfangs auch für Elektroautos galt, wurden die Subventionen für diese in vielen Regionen drastisch reduziert – aber die Nachfrage steigt weiter. Wasserstofffahrzeuge wurden mit hohen Vorabkostenanreizen und subventioniertem Kraftstoff angeboten. Langfristig müssen sie allerdings unabhängig von der finanziellen Unterstützung durch OEMs oder Regierungen ein überzeugendes Argument für den Besitz vorweisen.

Kurzfristig werden die Regierungen die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft unterstützen müssen. Einige Regionen sind in dieser Hinsicht viel aggressiver als andere. Es gibt effektivere Verwendungszwecke für grünen Wasserstoff als den Einsatz als Fahrzeugkraftstoff, z.B. die Dekarbonisierung von Industriezweigen, in denen er herkömmlich verwendet wird, einschließlich der Raffination und der Herstellung von Ammoniak und Methanol oder der Stahlerzeugung, wo Wasserstoff als Reduktionsgas zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen (DRI) dienen kann.

Wenn die Kosten für grünen Wasserstoff durch diese Entwicklungen weit genug gesenkt werden können, könnte er für den Einsatz in bestimmten Fahrzeugen in Frage kommen. IDTechEx geht allerdings nicht davon aus, dass die Infrastruktur für die Betankung von Wasserstoff mit der bestehenden Infrastruktur für Benzin/Diesel vergleichbar sein wird. Sondern es dürften in bestimmten Anwendungsfällen Wasserstofftankstellen dort werden, wo eine Nachfrage besteht.

Wo sollten Brennstoffzellenfahrzeuge eingesetzt werden?

IDTechEx ist der Ansicht, dass Wasserstoff nicht optimal für den Einsatz in Fahrzeugen wie Pkw, Transportern oder Bussen geeignet ist, wo vollelektrische Fahrzeuge den erforderlichen Arbeitszyklus weitgehend und viel besser erfüllen können. Brennstoffzellenfahrzeuge könnten aber dort eingesetzt werden, wo der Arbeitszyklus so anspruchsvoll ist, dass Stromer ihn nur schwer bewältigen können, und die Strecke entweder an zwei Drehkreuzen liegt oder zwischen zwei Drehkreuzen liegt, die grünen Wasserstoff für die oben genannten Anwendungen – nicht für Fahrzeuge – verwenden.

IDTechEx hat mit mehreren Lkw-Erstausrüstern gesprochen und festgestellt, dass viele der Meinung sind, dass es Langstreckenrouten und Klimazonen für schwere Lkw gibt, die selbst bei Einsatz von Megawatt-Ladestationen nur schwer mit vollelektrischen Fahrzeugen zu bewältigen sein werden. In diesem Fall – wenn der Kraftstoff billig genug ist und die Region auf eine Wasserstoffwirtschaft drängt – könnte es einen Anwendungsfall für Brennstoffzellenfahrzeuge geben.

Zusammenfassung

In der IDTechEx-Studie wurden viele Einschränkungen und Nachteile von Brennstoffzellenfahrzeugen aufgezeigt, während es derzeit nur sehr wenige Anwendungsmöglichkeiten für sie gibt. Die Verkehrsmärkte sind jedoch groß, so dass selbst ein kleiner Marktanteil zu einer erheblichen Chance für Komponenten- und Fahrzeuglieferanten führen könnte. Während Brennstoffzellenfahrzeuge in einer idealen Welt vielleicht nicht die beste Lösung sind, könnte eine Kombination aus spezifischen Anwendungsfällen und unterstützenden Wasserstoffanwendungen einen begrenzten Erfolg für die bedeuten.

Der IDTechEx-Bericht „Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge 2024-2044: Märkte, Technologien und Prognosen“ bietet Technologie- und Markteinblicke in die Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen für den Pkw-, Transporter-, Lkw- und Busmarkt mit einer Analyse der Treiber, Hindernisse, Akteure, Modelle und Marktprognosen für 2024-2044. Sie kann hier (kostenpflichtig) bezogen werden.

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