WasserstoffStudie nährt Zweifel am Erfolg der Brennstoffzelle

Daimler und andere Autohersteller arbeiten an Autos mit Wasserstoff-Antrieb. US-Forscher bezweifeln den Durchbruch der Technik: Die Brennstoffzelle sei schlicht zu teuer. von 

Brennstoffzellen, die aus Wasserstoff oder Erdgas Strom und Wärme erzeugen, werden seit Jahren als die Zukunftstechnik für Verkehr und Energieversorgung gehandelt. Manche Experten wie Jeremy Rifkin rufen gar den Beginn einer Wasserstoffwirtschaft aus. Demnach könnte grüner Strom in Wasserstoff umgewandelt werden, der dann Autos antreibt oder Gebäude beleuchtet und heizt. Das flüchtige Gas würde also sowohl Öl als auch Kohle ersetzen.

Das Charmante an der Idee: Wasserstoff lässt sich im Erdgasnetz in rauen Mengen speichern. Damit würden ganz nebenbei auch Solaranlagen und Windparks grundlastfähig. Das bedeutet: Scheint viel Sonne und weht viel Wind, wird ein Teil des Stroms in Elektrolyseuren zu Wasserstoff gemacht. Der kann am Abend und bei Flaute wieder verstromt werden.

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Kritiker bemängeln schon lange, dass das Verfahren zu viel Strom vergeudet. Denn betrachtet man den gesamten Zyklus von Strom zu Wasserstoff zu Strom und Wärme, bleiben am Ende nur rund 30 bis 50 Prozent der ursprünglichen Strommenge übrig. Die Antwort der Verfechter des Wasserstoffs: Bevor der überflüssige grüne Strom verloren geht, kann man ihn auch mit Verlust in Wasserstoff umwandeln.

Hoffnungsträger als Rohrkrepierer?

Und tatsächlich: Autohersteller wie Daimler sind davon überzeugt, dass Wasserstoff aus grünem Strom in einigen Jahren konkurrenzfähig zu Benzin und Diesel werden kann. Ohne Steuern und Abgaben ist Wasserstoff das heute schon – vor allem in Regionen wie Südtirol, die über reichlich günstige Wasserkraft verfügen. Auch große Unternehmen wie Apple und Ebay setzen für die Energieversorgung ihrer Gebäude schon auf die Brennstoffzellentechnik von Startups wie Bloom Energy.

So weit und so gut die Theorie und ansatzweise auch die Praxis. Nun bekommt die Wasserstoff-Euphorie aber aus eher unerwarteter Richtung einen Dämpfer. Nämlich bei den Kosten für Brennstoffzellen. Heute sind diese sowohl für den Einsatz in Pkw und Häusern zu teuer. Mit zunehmender Produktionszahlen, so sagen die Hersteller, würden diese aber zunehmend günstiger.

Eine neue Studie der US-Technologieberatung Lux Research sieht das – zumindest bis 2030 – nicht bestätigt. In diesem Jahr liege der weltweite Umsatz mit der Brennstoffzellentechnik gerade mal bei drei Milliarden Dollar. Der Grund dafür sind aber nicht die hohen Kosten oder Energieverluste bei der Herstellung von Wasserstoff. Die machen nur rund ein Drittel der Gesamtkosten beim Einsatz der Technik aus. Vielmehr sind die Brennstoffzellen selbst zu teuer.

"Die Wasserstoff-Infrastruktur und -Herstellung ist nicht die größte Hürde auf dem Weg zu einer Wasserstoffwirtschaft", schreibt der Lux-Analyst Brian Warshay. "Außer für Nischenanwendungen bleiben die Investitionskosten für Brennstoffzellen schlicht zu hoch." Im Bereich Mobilität kämen sie zum Beispiel am ehesten für Industriefahrzeuge wie Gabelstapler infrage.

Damit trübt sich auch eine weitere Hoffnung der Brennstoffzellen-Befürworter ein. Sie setzen auf fallende Gaspreise in den USA, um die Technik konkurrenzfähig zu machen. Aber auch die könnten die hohen Kosten für die Brennstoffzellen nicht wettmachen, sagt Warshay. Derzeit sind Brennstoffzellen für die Heimanwendung, zum Beispiel in Japan, hochsubventioniert. Bei serienproduzierten Pkw rechnen die Hersteller mit einem Aufpreis von mehreren tausend Euro für ein Brennstoffzellenfahrzeug.

Welche Daten Brian Warshay für seine Berechnung zugrunde gelegt hat, erläutert er in einer E-Mail. Er schreibt: "Selbst wenn die Kosten für Brennstoffzellen bis 2030 einen Preis von 47 Dollar je Kilowatt Leistung erreichen, wie es das US-Energieministerium (Department of Energy, DOE) annimmt, genügt das nicht, um den Markt aufzurollen. Wir gehen allerdings nicht davon aus, dass Brennstoffzellen so günstig werden." Das DOE geht ab einer Fertigungszahl von 500.000 Fahrzeugen pro Jahr davon aus, dass dieses Preisniveau erreicht wird. Werden weniger Autos produziert, steigert das auch die Kosten für die Brennstoffzellen.

Und das ist laut Warshay der Grund: Knackpunkt aller Aussagen über die künftigen Kosten von Brennstoffzellen sind also die Produktionszahlen – logisch, denn das gilt für die meisten anderen Technologien auch. In seinem Computermodell springen die Verkäufe der Fahrzeuge aber nur auf eine Zahl von rund 140.000 produzierten Pkw, wenn der Preis für Wasserstoff pro Kilogramm bei sechs Dollar liegt – was extrem niedrig ist – und die Kosten für die Brennstoffzellen bei 50 Dollar pro Kilowatt Leistung. Also selbst in diesem, theoretischen, Fall steigen die Absätze nicht über 500.000 Fahrzeuge (das deckt sich übrigens mit den Annahmen mehrerer Studien zu dem Thema). Skalierungseffekte treten also kaum ein.

Hier ist noch eine Grafik aus der Lux-Studie zu sehen, wie sich die Produktionszahlen mit den verschiedenen Parametern entwickeln. Man beachte allerdings auch den sehr hohen Ölpreis, der das Szenario eher günstig erscheinen lässt.

Erschienen im Portal WiWo Green der Wirtschaftswoche

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Leserkommentare
    • Plupps
    • 19. Januar 2013 10:14 Uhr

    Ehrlich gesagt, vestehe ich das nicht.

    50 Dollar auf 1 KW Leistung macht 5000 Dolar für 100 KW (140 PS Mittelklassewagen) bzw 2500 Dollar (2000 Euro) für einen Wagen der Poloklasse mit 50 KW.
    Klar ist das nicht der ganze Antriebsstrang: E-Motoren und Tank und Elektronik kommen auch noch hinzu. Aber auf einen Wagen der Poloklasse gerechnet, wären das keine 6000 Euro - Aufpreis zum Benziner (Motor, Kupplung, Getriebe) etwa 2500 Euro. Also ein Zero-Emission Polo ab 14.000 Euro mit 75 PS.

    Also wenn ein Batterieauto mit gleichen Fahrleistungen wie ein Benziner 2500 Euro mehr kosten würde, wäre das doch ein Renner?

    Oder habe ich mich nur verrechnet. Also bei den/meinen Preisen, würde man locker mehr als 500.000 verkaufen können.
    Ratlos

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    • Xdenker
    • 19. Januar 2013 15:22 Uhr

    Die Brennstoffzelle kann schwächer sein als die Maximalstärke. Mann kann einen kleinen Akku oder Katalysator einbauen für die Zusatzenergie die man beim Beschleunigen braucht. Den braucht man eh um die Bremsenergie nicht zu verlieren.

  1. "Kritiker bemängeln schon lange, dass das Verfahren zu viel Strom vergeudet. Denn betrachtet man den gesamten Zyklus von Strom zu Wasserstoff zu Strom und Wärme, bleiben am Ende nur rund 30 bis 50 Prozent der ursprünglichen Strommenge übrig."

    So, what? Mit dem Wirkungsgrad muss sich diese Technologie nicht verstecken, oder? Aktuelle Dreckschleudern wie Kohle- oder Atomkraftwerke oder das Öl verbrennende Auto sind sicherlich nicht besser, im Gegenteil. Die Risiken und die indirekten Kosten mal noch gar nicht eingerechnet. Und wenn erst mal die Ingenieurskapazitäten und staatlichen Förderungen mit der gleichen Vehemenz sich dieser Innovation widmen wie der Atomkraft oder den Dieselmotoren, ist ein wahrer Schub zu erwarten -- und 30% Effizienz auf diese Art und Weise sind mir allemal lieber als 40% aus dreckiger Dieselverbrennung (wenn dieser Wert mal nicht zu hoch ist).

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    der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken geht bei der Primärenergie los (dann glaube ich war's etwas um 40-50%, mit KWK noch deutlich drüber).

    Der Wirkungsgrad, um den es hier geht, ist der Wirkungsgrad von Strom bis Fortbewegung, also Strom-H2-Strom-Fahren, d.h. da ist die Erzeugung des 1. Stroms noch nicht drin. Deren Wirkungsgrad liegt bei derzeit 10-15% (Solar, im Höchstfall, Labor und Multizelle etwas drüber) 40-50% (moderne Windkraftanlage im Optimalfall)

    Im übrigen scheinen mir 30-50% noch ganz schön hoch für diesen Prozess, da neben der Elektrolyse auch noch die Kompression und ggf. Kühlung des Wasserstoffs (beim Komprimieren) ansteht, Prozesse, die zwangsweise verlustbehaftet sind. Rein aus dem Gefühl würde ich das bei 20% einordnen, aber da lasse ich mich gern eines besseren belehren.

    Trotzdem ist ein Argument richtig: bevor ich den Stromabnehmern an der Strombörse noch Geld obendrauf zahle, damit mein Netz nicht kaputt geht (wg. Überangebot), würd ich ihn lieber bei der Wasserstofferzeugung verbraten und den dann später verkaufen.

    • FabiOe
    • 19. Januar 2013 11:03 Uhr

    Es geht bei der Studie mal wieder nur um Geld. Ach ja, ich vergaß, etwas anderes zählt nicht.
    Ich kann mir vorstellen, dass eine Menge Chinesen sich mehr Brennstoffzellen in ihren Städten wünschen würden, um nicht mehr mit einer Gasmaske vor die Tür gehen zu müssen.

    Abgesehen davon... bleibt denn der Benzinpreis immer gleich in Zukunft?
    Diese Studie kommt gerade rein zufällig zu einem Zeitpunkt, da die Ölreserven der Welt durch die wunderbare Technik des 'Fracking' laut vielen Menschen plötzlich 'gewachsen' sind. -Peakoil? Lüge!1!!

    Die Leute scheinen immernoch nicht zu begreifen, dass das Öl irgendwann ausgeht. Es ist nicht 'mehr' geworden, nur weil wir noch mehr davon fördern können. Im Gegenteil: Je mehr gefördert wird, umso schneller kommen wir an einen Punkt, an dem Öl so knapp wird dass es zu teuer wird um als Brenstoff für PKW zu dienen.

    Und dann werden wir ja sehen, ob die Anschaffungskosten für Brennstoffzellen immernoch so stark ins Gewicht fallen.

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    • klautus
    • 19. Januar 2013 11:12 Uhr

    passend zur Produktionsankündigung des ersten Großserienfahrzeuges von Hyundai. Seit 40 Jahren verfolge ich die Brenstoffzellen-Basteleien von Daimler und Anderen. Noch niemals wurden diese hohen Herstellungskosten (wie erklären die sich eigentlich?) erwähnt. Brennstoffzellen wurden zur Zeit des 2. Weltkrieges entwickelt als Alternative zu Akkumulatoren und Batterien für mobile Funkgeräte z.B. im militärischen Einsatz. Sie wurden und werden dazu mit Alkohol betrieben. BMW setzt beim Wasserstoff als Übergangslösung auf die Verbrennung in Motoren. Und bis heute wird Wasserstoff von großen Versorgern wie Linde und Air Liquide als Nebenprodukt bei der Erdöl-Raffinierung so wie der Luftzerlegung erzeugt.

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    • tachy
    • 19. Januar 2013 15:04 Uhr

    Der Quatsch mit der Verbrennung des Wasserstoff in altmodischen Verbrennungsmotoren hat BMW zum Glück schon auf Eis gelegt. Das geht schonmal gar nicht. Man muss den schlechten Wirkungsgrad nicht noch unterirdisch machen.

  2. Vielleicht lohnt es sich auch einmal die Möglichkeit zu betrachten Wasserstoff als Antriebsenergie durch direkte Verbrennung zu nutzen. Auch dabei fällt keine schädliche Emission an. BMW hat entsprechende Fahrtzeuge entwickelt und in der Praxis getestet (http://www.bmw.com/com/de...). Eines der wesentlichen Probleme scheint, wie bei der Brennstoffzelle, der Wasserstofftank zu sein. Aufgrund seiner geringen Energiedichte muß Wasserstoff unter hohem Druck/gekühlt (stark verdichtet) im Fahrzeug zwischengelagert werden. Geeignete Stahltanks sind schwer und Kunststoffe müssten Undurchlässig sein. Den Wasserstoff als Pufferspeicher in Perioden von EE-Überproduktion zu verwenden, könnte trotz des geringen Wirkungsgrades, durchaus eine Option sein.

    2 Leserempfehlungen
    • genius1
    • 19. Januar 2013 11:34 Uhr

    ohne Brennstoffzellen?

    Wasserstoff könnte man doch ohne Leistungsverlust, per Rohrleitung, von Wüstengebieten nach Europa schaffen!

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    Nur mal so zum Vergleich: Für unser Pipeline Erdgas aus Russland wird etwa 20% von dessen Energiegehalt aufgewandt, um es nach Europa zu transportieren. Da ist eine HGÜ Leitung schon deutlich effizienter.

    • Plupps
    • 19. Januar 2013 11:37 Uhr

    30 bis 50 sind natürlich nicht doll, doch im Vergleich zur Alternative Batterieauto reicht es nicht nur den Wirkunsggrad anszusehen. Die Infrastruktur für Wasserstoff ist eben in der Fläche weniger aufwändig ...

    Grundsätzlich stellt sich natürlich die Frage, warum man den Wasserstoff nicht direkt verbrennt.
    Oder aber - falls sich die Methode in der Praxius bewährt - aus dem Strom nicht Ethanol macht. Ein vergleichweise sehr simpler Stoff

    So oder so glaube ich nicht, dass sich das Batterieauto durchsetzt

    2 Leserempfehlungen
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    ...bzw. die Volkswirtschaften - Weltwirtschaft auf die Veränderungen letzten 100 Jahren, verursacht durch Fossilenergieträger ausschließlich angewiesen ist, werden alle Versuche der Zukunftskonzepten skeptisch beurteilt werden.

    Man braucht einfach die Zeit, eine vernünftige Politik und Fortsetzung der Forschung um die Wende zu schaffen. Letztendlich wird sich irgendwann die Frage durchsetzen müssen was wenn die Reserven nicht mehr ausreichend sind das gesamte Modell energetisch zu tragen. Bis diese Frage wahr genommen wird, hat man genug Zeit um die Zukunft mit Zuversicht und Optimismus zu begegnen.

    Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung
    Globale Umweltveränderungen (WBGU)darüber schreibt:

    "Das kohlenstoffbasierte Weltwirtschaftsmodell ist
    auch ein normativ unhaltbarer Zustand, denn es gefährdet
    die Stabilität des Klimasystems und damit die Existenzgrundlagen
    künftiger Generationen. Die Transformation
    zur Klimaverträglichkeit ist daher moralisch
    ebenso geboten wie die Abschaffung der Sklaverei und
    die Ächtung der Kinderarbeit."

    "Der WBGU zeigt im Gutachten explizit, dass die
    technologischen Potenziale zur umfassenden Dekarbonisierung
    vorhanden sind, skizziert Geschäfts- und
    Finanzierungsmodelle für den Wandel und verdeutlicht,
    dass politische Instrumente für eine klimaverträgliche
    Transformation wohlbekannt sind."

    http://www.wbgu.de/filead...

  3. (Quelle leider verloren): McKinsey o.ä. haben sich angeschaut, ob man denn überhaupt genügend Brennstoffzellen für den weltweiten Fahzeugpark produzieren könnte. Es ging kurz um industrielle Kapazitäten. Und dabei zeigte sich, dass die notwendigen Prozesse heute bereits entwickelt und genügend Fabriken dafür vorhanden sind, zum Beispiel bei der Vakuumbeschichtung und Keramikherstellung. Rohstoffe reichen ebenfalls.

    Fazit: Ja man kann binnen weniger Jahre genügend FCs für den weltweiten Fahrzeugpark produzieren. Dieser Ansatz war weitsichtiger, wie das simple ökonomische Modell der Lux Studie. Denn sollte es notwendig werden, so steht mit der Brennstoffzelle eine funktionierende, sofort einsatzfähige Technologie bereit. Irgendwie beruhigend.

    P.S.: Notwendig deshalb, weil etwa für SchwerlastLKW laut MAN eine 7 Tonnen schwere Batterie notwendig wäre. Wird Wasserstoff / synthetisches Methan aus Strom erzeugt, spielt der höhere Wirkungsgrad ggü. dem Verbrenner plötzlich doch eine gewichtige Rolle.

    Eine Leserempfehlung

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