Gerade im Automobilland Baden-Württemberg hat das Auto einen ganz bedeutenden Imagewert und weckt starke Emotionen. Das Bedürfnis nach Sicherheit und Komfort zeigt sich in einer weiterhin hohen Nachfrage nach Sports Utility Vehicles (SUV). Gleichzeitig konzentriert sich die öffentliche Wahrnehmung gerade im Hinblick auf Klimaemissionen sehr stark auf die Individualmobilität. Zudem bestehen unterschiedliche Mobilitätsbedarfe in der Bevölkerung in Städten gegenüber der im ländlichen Raum.
Die Forschung in Baden-Württemberg zur Wasserstoff-Technologie hat sich frühzeitig auf die Entwicklung der mobilen Brennstoffzelle, also der Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle konzentriert und hat sich auch global gesehen eine führende Stellung erarbeitet.
Der Forschungsbedarf in diesem Sektor konzentriert sich auf die Hochskalierung der Produktionsprozesse zur Herstellung von Brennstoffzellen und deren Komponenten, sowie auf die Entwicklung geeigneter Antriebsstränge für synthetische Kraftstoffe. Aufgrund der sehr hohen Kostensensitivität für die Massenanwendungen in diesem Sektor hat auch die Entwicklung kostengünstiger Materialien und Komponenten weiterhin eine hohe Bedeutung. Beispielsweise sind die Kosten für Drucktanks aufgrund der hohen Anteile an teurer Kohlefaser noch sehr hoch, so dass ein Forschungsbedarf zu innovativen Tanktechnologien besteht.
Die Transformation zur nachhaltigen Mobilität mit Hilfe der Wasserstofftechnologien wird kurz- bis mittelfristig insbesondere für den Güterverkehr bedeutend werden. Da asiatische Länder, wie Japan, Südkorea und China auch den Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen-Personenkraftwagen (PKW) favorisieren, ergeben sich ferner Exportchancen für die Automobilindustrie in der PKW-Brennstoffzellentechnologie.
Neben der batterieelektrischen Mobilität kann durch erneuerbar über Elektrolyse hergestelltem Wasserstoff eine emissionsfreie, elektrische Mobilität mittels Brennstoffzelle oder Wasserstoff-Verbrennungsmotor dargestellt werden. Außerdem lassen sich mit Kohlenstoffdioxid und regenerativ erzeugtem Wasserstoff auch synthetische Kraftstoffe herstellen (siehe auch Sektor Industrie), die mittelfristig für den Schwerlast- und schienengebundenen Verkehr, sowie für Schiffe und Flugzeuge eine wichtige Rolle spielen werden.
Offene Fragen
- Wie hoch schätzen Sie die Nachfrage nach Wasserstoff für Verkehr und Mobilität im Vergleich zu den anderen genannten Sektoren ein?
- Welche Segmente bieten sich besonders für die Umstellung auf Wasserstoff an (Personenkraftwagen/Individualverkehr, Straßengüterverkehr, Intralogistik, Off-Road-Vehicles, Schienenverkehr, Wasserstraßen, Flugverkehr)?
- Sehen Sie Möglichkeiten, eine gemeinsame Tankinfrastruktur für den Güter- und Individualverkehr aufzubauen?
- In welchen Bereichen sehen Sie die ersten Anwendungsfelder?
- Möchten Sie eine weitere offene Frage oder sonstige Hinweise einbringen?
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Verkehr und Mobilität
1) Wie hoch schätzen Sie die Nachfrage nach Wasserstoff für Verkehr und Mobilität im Vergleich zu anderen Sektoren ein?
Verschiedene EU-Regularien einschließlich der Clean Vehicles Directive und Richtlinien zur Reduzierung von CO2-Emissionen dringen zunehmend auf den Einsatz von Nullemissionsfahrzeugen. Gerade bei schweren Fahrzeugen mit hohen Anforderungen an Leistung, Reichweite und betrieblicher Flexibilität sind Brennstoffzellen ein unerlässlicher Teil des Antriebsportfolios. Zudem herrscht im Mobilitätsbereich eine höhere Zahlungsbereitschaft als in anderen Sektoren und ist der Strukturwandel der Automobilregion Baden-Württemberg hin zu alternativen Antrieben von herausragender wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist im Einklang mit diversen Studien davon auszugehen, dass die Nachfrage nach Wasserstoff für Verkehr und Mobilität stark wachsen wird und dass sich der Verkehrsbereich als einer der zentralen Nachfragesektoren etablieren kann.
2) Welche Segmente bieten sich besonders für die Umstellung auf Wasserstoff an?
Wie dargelegt, können Brennstoffzellenantriebe insbesondere bei schweren Nullemissions-Fahrzeugen mit hohen Anforderungen an Leistung, Reichweite und betrieblicher Flexibilität ihre technologischen Vorteile ausspielen. Nach Einschätzung der Hochschule Esslingen gehören der Straßengüterverkehr und der Schienenverkehr zu den vielversprechendsten Anwendungsfeldern. In mehreren im Zuge von Hardware-Projekten und Studien untersuchten Fällen erwiesen sich Brennstoffzellen als die einzige den spezifischen Anforderungen gewachsene Antriebsalternative. Teils sind attraktive Absatzmärkte zu erkennen, die vom heute bestehenden Fahrzeugangebot nur ansatzweise bedient werden können.
3) Sehen Sie Möglichkeiten, eine gemeinsame Tankinfrastruktur für den Güter- und Individualverkehr aufzubauen?
Prinzipiell erscheint der Aufbau einer gemeinsamen Tankinfrastruktur, grob vergleichbar der heutigen Kraftstoffversorgung für Diesel-Pkw und Diesel-Nutzfahrzeuge möglich. Allerdings wären zuvor noch umfangreiche, fahrzeug- wie auch infrastrukturseitige, Einigungs- und Standardisierungsprozesse zu Wasserstoff-Speicherungs- und Wasserstoff–Abgabekonzepten erforderlich.
4) In welchen Bereichen sehen Sie die ersten Anwendungsfelder?
Als erste Anwendungsfelder können diejenigen Bereiche gelten, in denen Nullemissionsfahrzeuge mit hohen Anforderungen an Leistung, Reichweite und betrieblicher Flexibilität erforderlich sind.
Einsatz von Wasserstoff auch im Verkehrssektor sinnvoll
Das baden-württembergische Kraftfahrzeuggewerbe spricht sich explizit auch für den Einsatz von Wasserstoff im Pkw-Sektor aus. Der Verkehrssektor insgesamt hatte im Jahr 2019 einen Anteil von 20,31% an den Treibhausgas-Emissionen in Deutschland. Der bis dato höchste Pkw-Bestand von 47,71 Mio. Fahrzeugen am 1. Januar 2020 hat daran einen wesentlichen Anteil. Wasserstoff besitzt durch vielfältige Verwendungsmöglichkeiten ein hohes Potenzial als Energiespeicher und –träger der Zukunft. Ob als Kraftstoff oder als Basis für synthetische Kraftstoffe (z.B. E-Fuels), wasserstoffbetriebene Fahrzeuge können gemeinsam mit batterieelektrischen Fahrzeugen einen wichtigen Beitrag zu einem klimaneutralen Verkehrssektor leisten.
Wenn die Etablierung von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen gelingen soll, ist eine Förderung in ähnlicher Höhe wie die aktuelle Förderung von hauptsächlich batterieelektrischen Fahrzeugen (Umweltbonus und Innovationsprämie) über einen längeren Zeitraum zum Markteintritt von neuen Modellen mit Brennstoffzellenantrieb notwendig, damit keine Antriebsart unverhältnismäßig bevorzugt wird. Ein möglichst emissionsreduzierter Pkw-Verkehr muss die Gesamtbilanz der Fahrzeugemissionen über den gesamten Lebenszyklus des Pkw in Betracht ziehen (Cradle-to-Grave) und nicht nur die Emissionen im Verkehr (Tank-to-Wheel). Hier weisen Studien in der CO2-Gesamtbilanz wenige Unterschiede zwischen rein elektrischen Fahrzeugen und Wasserstoff-Pkw nach.
Des Weiteren sehen wir neben dem Pkw-Sektor auch im ansteigenden Bedarf beim Güterkraftverkehr gute Einsatzmöglichkeiten für wasserstoffbasierte Antriebstechnologien. Nicht zuletzt könnten damit auch die emissionsbedingten Beeinträchtigungen wie beispielsweise Feinstaub- und Stickoxidemissionen auf ein vertretbares Maß abgesenkt werden. Auch eine gemeinsame Nutzung der Tankinfrastruktur für den Güter- und Individualverkehr würden wir begrüßen. Zielführend hierbei wäre sicherlich ein einheitlicher Fülldruck der Tanksysteme. Der größte Anteil der notwendigen Investition bei einer Wasserstofftankstelle ist die notwendige Verdichtung des Wasserstoffs in mehreren Kaskaden. Somit könnten gegebenenfalls auch verschiedene Fülldrücke mit vertretbarem Aufwand abgedeckt werden.
Verkehr und Mobilität
Bedarf ist insbesondere im Schwerlasttransport hoch wegen der Diskrepanz aus CO2 Reduktionsanforderung und den tatsächlichen Flotten-Emmissionen.
Im Strassengüterverkehr (Schwerlast und große Strecken) lassen sich die grössten Effekte durch Aufbau einer dedizierten Betankungsinfrastruktur an entsprechenden Umschlagpunkten erzielen.
Diese dedizierte Betankungsinfrastruktur ist nicht optimal nutzbar für 700 bar Pkw-Betankungen und wird auch für den Individualverkehr geographisch wenig attraktive Lagen einnehmen.
Für den H2-basierten Schwerlasttransport sollte auch der Wasserstoffmotor als kostengünstige, robuste und effiziente Antriebsvariante berücksichtigt werden. Zusätzlich gibt es gerade in BW alleinstellende Fähigkeiten und Kapazitäten für den Motorenbau.
Marktchancen für deutsche Brennstoffzellen-PKW´s
Auch wenn asiatische Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) im Moment vorne liegen, haben deutsche OEM nach wie vor die Möglichkeit aufzuholen. Viele Herausforderungen einer großflächigen Einführung batterieelektrischer Fahrzeuge (BEV) sind noch nicht gelöst und eine einseitige Förderung dieser Fahrzeuge ist kurzsichtig und gefährlich. Die Politik muss technologieoffen agieren und darf nicht einseitig fördern. Nur eine Skalierung kann dazu führen, dass deutsche FCEV bezahlbar werden. China setzt verstärkt auf FCEV und die globalen Marktchancen für deutsche FCEV sind groß.
Schafft man es, in geeigneten Regionen dieser Erde grünen Wasserstoff herzustellen und ihn zu transportieren, ist der schlechtere Wirkungsgrad zu verschmerzen. Arbeitsplätze in "Sonnen- und Windregionen" und der Arbeitsplatzerhalt hierzulande wären die Folge.
Ein eindeutiges Ja für eine weitreichende Unterstützung von PKW´s mit Brennstoffzellenantrieb.
Einsatz von flüssigem Wasserstoff bei LKW, Schiffe, Züge und Flugzeuge
Der angestrebte Verzicht auf fossile Energieträger verlangt CO2-freie Alternativen. Batteriegetriebene Fahrzeuge erscheinen aufgrund der niedrigen Energiedichte und unter Berücksichtigung von Lebenszyklusanalysen hinsichtlich der CO2-Produktion bei der Herstellung nur für leichte Fahrzeuge geeignet zu sein.
Flüssiger Wasserstoff ist hier eine gute Alternative, da die Fahrzeuge drucklos und schnell betankt werden können. Gegenüber gasförmigen Wasserstoff hat der flüssige Wasserstoff eine sehr viel höhere Dichte. Gegenüber Hochdrucktanks hat der flüssige Wasserstoff den Vorteil, dass die Kompression bei der Betankung mit begleitender Kühlung zur Abfuhr der Kompressionswärme entfällt.
Da Züge, Schiffe, Flugzeuge und meist auch LKWs auf festen Routen fahren können relativ schnell entsprechende Tankstellen an den festen Standorten (Bahnhöfe, Flugplätze, Häfen, Logistikzentren) aufgebaut werden.
Bei Flugzeugen wird auch über einen elektrischen Antrieb nachgedacht. Um hier Gewicht einzusparen, könnten supraleitende Generatoren, Kabel und Motoren eingesetzt werden, die aber gekühlt werden müssen. Flüssiger Wasserstoff kann hier zunächst als Kühlmittel für die Supraleiter eingesetzt werden und anschließend als Energieträger in einer Gasturbine verbrannt werden.
H2 im Verkehr
Wasserstoff und SynFuels sollten im Verkehr insbesondere dort eingesetzt werden, wo es keine absehbaren Alternativen gibt. Aufgrund der Umwandlungsverluste von EE-Strom hin zu Wasserstoff und weiter zu SynFuels sind große Mengen EE-Strom notwendig, die Kosten (auch für den Import dieser Stoffe) wahrscheinlich entsprechend hoch (siehe BMWi/Prognos Studie 2020).
Hauptsegmente könnten Flugverkehr und Schiffsverkehr sein. GGf. auch Schwerlastverkehr wenn Oberleitungs-LKW nicht möglich sind.
Eine flächendeckende Tankinfrastruktur für Wasserstoff hat dementsprechend ein großes Lock-in Potenzial.
H2 in der Mobilität nur in Anwendungen ohne energieeffizientere Alternativen sinnvoll
Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe werden im Verkehr in Zukunft eine Rolle spielen. Das heißt aber nicht, dass wir weitermachen sollen wie bisher und einfach alle konventionellen Fahrzeuge durch Wasserstofffahrzeuge ersetzen. Die benötigte Menge an erneuerbaren Energien wäre dabei sehr hoch und es ist fraglich, ob man diese alle in ausreichend kurzer Zeit zur Verfügung stellen könnte. Energieeinsparungen durch Verkehrsverlagerungen auf Bus, Bahn und Fahrrad sind hier nötig.
Im Straßenverkehr ist aus Effizienzgründen eine direkte Elektrifizierung am sinnvollsten (Batterie für PKW sowie eine Kombination aus Batterie/ Oberleitung für Busse und LKW). Um hierbei nicht zu viele kritische Batterierohstoffe zu verbrauchen, könnte hier Wasserstoff als Ergänzung eine Rolle spielen. Z.B. kaufen sich Nutzer ein Elektroauto mit begrenzter Reichweite (bis ca. 150 km) und mieten sich ein Brennstoffzellenfahrzeug für Langstreckenfahrten.
Beim Luft- und Seeverkehr ist keine direkte Elektrifizierung möglich, hier werden Wasserstoff bzw. synthetische Kraftstoffe benötigt. Es ist jedoch zu erwähnen, dass Flugverkehr gleichzeitig reduziert werden muss (die zusätzliche Klimawirkung durch Kondensstreifen lässt sich auch durch alternative Kraftstoffe nicht komplett eliminieren). Für den innereuropäischen Verkehr sind hier Nachtzüge oder Hochgeschwindigkeitszüge eine gute Alternative.