Wasserstoff als Zukunftstechnologie – Aktuelle Trends
Wasserstoff: Längst als Zukunftsenergie bekannt, wird er nun zur Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung und gewinnt massiv an Fahrt.
Die globale Automobilindustrie steht vor einer tiefgreifenden Transformation, angetrieben durch das dringende Bedürfnis, CO₂-Emissionen signifikant zu reduzieren und Klimaneutralität zu erreichen. In diesem Kontext etabliert sich Wasserstoff zunehmend als ein zentraler Energieträger für die Mobilität von morgen.
Die weltweiten Bemühungen zur Dekarbonisierung des Transportsektors haben eine starke politische Unterstützung für emissionsfreie Antriebslösungen ausgelöst, wobei Wasserstoff eine entscheidende Rolle zugewiesen wird.
Konzepte
Innerhalb der Wasserstoff-Antriebstechnologie im Automobilbau werden primär zwei Ansätze verfolgt:
Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV): Diese Fahrzeuge erzeugen den für den Antrieb benötigten elektrischen Strom direkt an Bord durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Luftsauerstoff in einer Brennstoffzelle. Das einzige lokale Emissionsprodukt ist dabei Wasserdampf. FCEVs sind im Wesentlichen Elektrofahrzeuge, bei denen die Brennstoffzelle die herkömmliche Batterie als primäre Energiequelle ersetzt.
Wasserstoff-Verbrennungsmotoren (H2ICE): Im Gegensatz dazu verbrennen H2ICE-Fahrzeuge Wasserstoff direkt in einem modifizierten Verbrennungsmotor. Sie stossen hauptsächlich Wasserdampf und Spuren von Stickoxiden (NOx) aus, wobei letztere durch Abgasnachbehandlung reduziert werden können.
H2 – Wasserstoff im Fokus
Die Aufmerksamkeit für Wasserstoff in der Antriebstechnologie ist kein Zufall, sondern das Ergebnis einer strategischen Neubewertung im Kontext der Elektromobilität. Während batterieelektrische Fahrzeuge in vielen Segmenten dominieren, zeigen sich bei bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere im Schwerlastverkehr, Grenzen hinsichtlich Reichweite und Betankungszeiten.
Wasserstofffahrzeuge, sowohl FCEVs als auch H2ICEs, könnten hier eine komplementäre Lösung bieten, die die Lücken der reinen Batteriemobilität schliesst. Dies gilt vor allem für Anwendungen, bei denen hohe Nutzlasten, lange Reichweiten und schnelle Betankungsprozesse entscheidend sind, wie im Güterverkehr oder bei Bussen.
Wasserstoff wird das Potenzial zugesprochen, Sektoren mit erheblichem CO2-Fussabdruck zu dekarbonisieren.
Forschung – Kooperation – Entwicklung
Die Entwicklung von Brennstoffzellensystemen steht im Mittelpunkt zahlreicher Forschungskooperationen. Die TH Nürnberg und MAN Truck & Bus haben den «Campus Future Driveline» ins Leben gerufen, um dort unter anderem wasserstoffbasierte Antriebssysteme speziell für Nutzfahrzeuge zu entwickeln.
Parallel dazu unterstützt die FEV Group die Entwicklung von Brennstoffzellensystemen für anspruchsvolle Anwendungen wie Wasserstoff-Rallyefahrzeuge. Diese sind bereits bei der Rallye Dakar 2022 zu Demonstrationszwecken zum Einsatz gekommen.
Die Eberspächer Gruppe hat das US-Unternehmen Victori (Vairex Air Systems) übernommen, um seine Position im Wasserstoff- und Brennstoffzellenmarkt zu stärken. Michelin treibt ebenfalls die Entwicklung und Produktion emissionsfreier Antriebstechnologien voran, mit einem klaren Fokus auf Wasserstoff als Energieträger und die damit verbundene Brennstoffzellentechnologie.
BMW
Das Unternehmen verfügt über eine 45-jährige Erfahrung im Bereich Wasserstoff und mehr als 20 Jahre in der Brennstoffzellentechnologie. Historische Meilensteine umfassen:
– den ersten mit flüssigem Wasserstoff angetriebenen 7er (1980),
- den ersten Wasserstoff-Zwölfzylindermotor (1989),
- die CleanEnergy WorldTour (2001),
- die BMW H2R mit Weltrekorden (2004) und
- den BMW Hydrogen 7 (2007).
Im Jahr 2013 vollzog BMW einen strategischen Wechsel von flüssigem Wasserstoff auf die 700-bar-Gasdruckspeicherung und vom H2-Verbrennungsmotor auf den effizienteren Brennstoffzellenantrieb. Aktuell testet BMW den iX5 Hydrogen, ein Konzeptfahrzeug, das seit Anfang 2023 weltweit in Pilotflotten im Einsatz ist.
Dieses Fahrzeug bietet eine Leistung von 295 kW (401 PS) und zeichnet sich durch schnelle Betankungszeiten von 3 bis 4 Minuten aus. BMW plant die Einführung des ersten Serienfahrzeugs mit Wasserstoffantrieb im Jahr 2028, um das Antriebsportfolio um eine weitere nachhaltige Option zu erweitern, die Elektro-, Plug-in-Hybrid-, Benzin- und Dieselantriebe ergänzt.
Toyota
Toyota konzentriert sich stark auf Brennstoffzellenfahrzeuge, insbesondere auf den Toyota Mirai, der im März 2022 als FCEV auf Basis von grünem Wasserstoff eingeführt wurde. Im September 2023 stellte Toyota einen wasserstoffbetriebenen Hilux-Prototypen vor, der Kernkomponenten des Mirai nutzt.
Toyota betrachtet Wasserstoff als wichtigen Bestandteil seiner Multi-Pathway-Strategie zur Kohlenstoffneutralität, hauptsächlich im Schwerlastverkehr. Die Projekte des Unternehmens umfassen auch Wasserstoff-Gabelstapler und stationäre Brennstoffzellensysteme.
Hyundai/Kia
Hyundai war ein globaler Vorreiter mit dem ix35 Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), dem weltweit ersten massenproduzierten Wasserstoffauto, das 2013 auf den Markt kam. Der Hyundai Nexo ist ein aktuelles FCEV-Modell mit einer beeindruckenden Reichweite von 756 km.
Hyundai Hydrogen Mobility verleast XCIENT Fuel Cell Trucks in Europa, die bis 2022 über 5 Millionen Kilometer im realen Kundenbetrieb zurückgelegt haben. Hyundai und Kia arbeiten zudem an neuen Wasserstoffmotoren mit über 50 % Effizienz, die bis 2027 in Pkw, Lkw und Transportern eingesetzt werden sollen.
Daimler Truck
Das Unternehmen entwickelt den Mercedes-Benz GenH2 Truck, einen Brennstoffzellen-Lkw für flüssigen Wasserstoff. Prototypen wurden intensiven Wintertests in den Schweizer Alpen unterzogen, um das Zusammenspiel von Brennstoffzelle, Hochvoltbatterie, E-Achse und Tanksystem unter extremen Bedingungen zu prüfen.
Es ist geplant, ab Ende 2026 eine Kleinserie von 100 Brennstoffzellen-Lkw in Kundenbetrieb zu nehmen. Das Vorhaben wird mit 226 Mio. € vom Bundesverkehrsministerium gefördert.
