Wie die Brennstoffzelle ins Auto kommen kann.

Zusammenfassung der Notizen aus Strategie-Workshops im Automotive-Bereich.

Die Reise in einem mit Wasserstoff betriebene Elektroauto ist einer der von der Politik vorgeschlagene Weg in eine nachhaltigere Mobilität. Nur kurz nachdem das erste in Serie gebaute Elektroauto von Tesla auf den Markt kam, wurden auch die ersten in Serie gebauten Elektroautos mit Brennstoffzelle verkauft – der Toyota Mirai, gefolgt vom Honda Clarity. Alle diese Autos wurden damals noch in teilautomatisierten Fabriken mit viel Handarbeit zusammengebaut und waren teuer. Aber der Markt gerade im umweltbewussten Kalifornien war sehr interessiert. Schon als der Toyota Prius Hybrid auf dem Markt kam, war es in Kalifornien bei vielen der dort wohnenden Prominenten üblich, sich mit diesem damals als besonders umweltfreundlich geltenden Fahrzeug zu zeigen – statt der ausladenden Luxuskarossen

Systemwechsel bei der Energie

Der Prius hat den Vorteil, dass er wie ein normaler Verbrenner an jeder Tankstelle aufgetankt werden kann. Es brauchte keine Anpassung des bisherigen Verhaltens, denn für die Nutzer:innen änderte sich mit Ausnahme des Verbrauchs nur wenig. Was, neben dem Komfort kurze Strecken rein elektrisch unterwegs sein zu können, Teil des Erfolgs war.

Andere Antriebskonzepte, wie die ersten Elektro-Autos mit oder ohne Brennstoffzelle, hatten und haben es deutlich schwerer, ihre Energie aufzunehmen – aber sie sind deutlich ökologischer als Verbrenner und Hybride. Reine Elektroautos können zwar sehr praktisch zuhause geladen werden, also nachts und wenn sie nicht genutzt werden. Dennoch fehlten 2013 die Möglichkeiten diese Autos unterwegs auf der Reise mit hoher Ladeleistung schnell wieder aufladen zu können. Und für Nutzer:innen ohne Einfamilienhaus und ohne Lademöglichkeit zuhause waren diese Autos keine Option. Da hatten es die Elektro-Autos mit Brennstoffzelle erst einmal einfacher, denn mit ihnen kamen auch die ersten Wasserstoff-Tankstellen. Dies in zwei Regionen auf dieser Welt – Japan punktuell an der Ostküste sowie Kalifornien in und um Los Angeles & San Francisco.

Es war aber allen klar, dass beide Fahrzeugtypen ein Netz an Stationen brauchen, an denen Energie schnell und einfach aufgenommen werden konnte bzw. kann. Diese Netze müssen auf dem ganzen Kontinent, auf dem diese Autos verkauft werden, zur Verfügung stehen.

Energie zum Fahren

Anders als Tesla, welche mit Beginn des Verkaufs ihrer Elektroautos auch ein Schnellladenetz aufgebaut haben, wurde die Tankstelleninfrastruktur bei Wasserstoff nicht von den Auto-Herstellern aufgebaut. Während das globale dedizierte Schnellladenetz von Tesla heute zu den Vorteilen bzw. USPs der Marke gehört sowie zahlreiche Energieanbieter und Unternehmen Schnellladenetze aufgebaut haben, existiert auf keinem Kontinent ein Netz an Wasserstofftankstellen. Das Tankstellennetz in Japan und Kalifornien hat sich zwar etwas verdichtet, aber außerhalb der bereits genannten Regionen ist es schwierig bis unmöglich zu tanken. Hinzu kamen noch Tankstellen in bestimmten Regionen in Deutschland und den Niederlanden, sowie einige wenige in weiteren europäischen Ländern. Dieser sehr löchrige Flickenteppich ist eine große Hürde für die Verbreitung von Elektro-Autos mit Brennstoffzelle, denn Toyota, Honda und Hyundai wollen das Wasserstoff-Tankstellennetz nicht selbst aufbauen. Aber auch alle anderen Hersteller mit Ambitionen im Bereich Wasserstoff für PKW (und LKW) wie Audi, BMW und Mercedes sahen es nicht als deren Aufgaben eine Tankstelleninfrastruktur für Wasserstoff aufzubauen.

Vielmehr vertrauen die Hersteller auf ihre traditionell guten Beziehungen zu den Ölgesellschaften und Tankstellenbetreibern. Das ist insofern eine Herausforderung, da beim Einführen einer neuen Technologie und eines neuen Energieträgers zuerst einmal ausschließlich große Verluste erwirtschaftet werden – und wer soll diese tragen? Da die beteiligten Unternehmen Aktiengesellschaften sind, ist der Return on Investment eine wichtige Messgröße, welche über den Verbleib des CEO und Managements entscheidet. Große, risikoreiche Investitionen in innovative Projekte außerhalb des Kerngeschäfts waren und sind weder vom Management der Autohersteller noch von den beteiligten Ölfirmen und Tankstellen-Betreibern zu erwarten. Und die Aufsichtsräte sind da ebenfalls sehr zurückhaltend. Während Tesla die Supercharger über einen Anteil des Verkaufspreises der Fahrzeuge und über Investoren finanziert, fehlen vergleichbare Finanzierungskonzepte bei den Herstellern von Elektro-Autos mit Brennstoffzelle.

Mittlerweile geht der ursprüngliche Plan Wasserstoff aus fossilen Quellen zu verwenden wegen der hohen Umweltbelastung der Prozesse auch nicht mehr auf: Elektro-Autos mit Brennstoffzelle sind zwar lokal emissionsarm, aber unter Berücksichtigung der Umweltbelastungen bei der Produktion von Wasserstoff fragen sich so manche Besitzer von Euro 5 Dieselfahrzeuge, wo der Vorteil von Wasserstoff aus fossilen Quellen für die Umwelt gegenüber dem eigenen Gefährt zu finden sei. An etlichen, bei Weitem nicht allen, H2-Tankstellen wird mittlerweile Wasserstoff produziert mit Energie aus erneuerbaren Quellen angeboten. Wegen der niedrigen Effizienz und Verlusten bei Produktion, Vertrieb und Nutzung wird jedoch viel Energie benötigt. Das ist ineffizient und macht diese Autos auch wegen der hohen Energiekosten im Betrieb teuer. Zwar gibt es neue Wege Wasserstoff zu produzieren, welche weniger umweltschädlich und billiger sein sollen. Aber die ökologische Gesamtbilanz und vor allem die Gefahr Methan (ein 28 Mal gefährlicheres Klimagas als CO2) in die Umwelt abzugeben lassen Fragen unbeantwortet.

Mit der Skalierung wird es wirtschaftlich interessant

Die Kooperationspartner aus der Öl- und Tankstellen-Industrie halten sich zurück, auch weil eine Wasserstoff-Tankstelle mit einer Zapfsäule etwa 1,5 Millionen Euro kostet. Mit demselben Betrag lassen sich gleich an mehreren Standorten mehrere Schnellladesäulen für reine Elektroautos aufstellen und betreiben. Trotz staatlicher Förderungen rechnen sich Wasserstoff-Tankstellen nicht, wenn Wasserstoff produziert aus erneuerbarer Energie verkauft wird. Und wahrscheinlich ist die Wirtschaftlichkeit auch mit Wasserstoff aus fossilen Quellen unsicher.

Damit sich Wasserstoff-Tankstellen rechnen braucht es einen sinnvollen Anteil Fahrzeuge, welche täglich im Verkehr genutzt werden und Wasserstoff tanken müssen. Die geforderte und vor einigen Jahren errechnete minimale Marktdurchdringung (Anteil Fahrzeuge) von Elektroautos mit Brennstoffzelle in Deutschland liegt um 3% für das Jahr 2025. Das sind bei rund 42 Millionen Autos etwa 1,25 Millionen Elektroautos mit Brennstoffzelle im täglichen Verkehr. Mit diesem Anteil von 3% ergäbe der Aufbau eines Wasserstoff-Tankstellennetzes einen Sinn und deren wirtschaftlicher Betrieb würde sichergestellt sein – und das wäre eine gute Basis für den weiteren Ausbau.

Um diesen Anteil von 1,25 Millionen Autos erreichen zu können, müssten die deutschen Autofahrer:innen ab sofort bis 2025 pro Jahr eine Viertelmillion Elektroautos mit Brennstoffzelle kaufen. Grundlegendes Problem an dieser Forderung: alle Hersteller zusammengenommen planen bis 2025 nicht einmal 100'000 Elektroautos mit Brennstoffzelle zu bauen, für den Markt weltweit. Und auf den Zeitraum bis 2030 will sich kein Hersteller festlegen. Selbst wenn wir in Deutschland wollten, wir würden nur einen Bruchteil der geforderten Fahrzeuge kaufen können. Zum Vergleich: Tesla verkauft pro Woche mehr reine Elektroautos als alle Hersteller zusammen seit 2013 weltweit Elektroautos mit Brennstoffzelle verkauft haben.

Angesichts dieser Erkenntnisse haben schon einige Unternehmen deren Strategie im Automotive-Sektor in Frage gestellt: es ist sehr unwahrscheinlich, dass Ende des Jahrzehnts so viele Fahrzeuge mit Wasserstoff unterwegs sein werden, dass daraus ein fundiertes Geschäft mit stabilen Geschäftsmodellen entstehen könnte. Daher stellen sich für zahlreiche Firmen im Bereich Automobil und Energie grundlegende Fragen, wie die Unternehmensstrategie aussehen soll und wo die Chancen für Geschäfte zu erkennen sind.

Tanken oder laden

Wasserstoff wird über teils große Distanzen per Lastwagen an die Tankstellen geliefert, während der Strom per Kabel an die Ladesäule kommt. In einer immer vernetzteren Welt ist ein mechanisches, teures und unflexibles Konstrukt nicht zukunftsfähig und der Sicherheitsaspekt von hunderten Lastwagen mit Wasserstoff an Bord auf deutschen Straßen darf nicht vernachlässigt werden. Die desolate Versorgungslage der Wasserstoff-Tankstellen in Kalifornien demonstriert, dass es so nicht funktionieren kann. Kommt hinzu, dass gemäß Stichprobenabfragen im Zeitraum Sommer 2019 bis Sommer 2020 täglich durchschnittlich 13% der Wasserstofftankstellen in Europa außer Betrieb waren. Das ist ein echtes Problem, denn es gibt an vielen Standorten nur ein Tanksystem mit einer Tanksäule. Weitere Wasserstofftankstellen befinden sich meist 10, eher 20 bis 50 km entfernt.

Schnelllader hingegen werden in der Regel in Gruppen zu 4 und mehr Einheiten an einem Standort aufgebaut. Größere Ladeparks bieten 8 bis 24 Schnelllader und in Oslo gibt es Ladeparks mit bis zu 44 und in Shenzhen mit bis zu 50 Tesla Supercharger. Wenn ein Schnelllader defekt sein sollte, kann ein anderer genommen werden. Wobei die Ausfallrate der Schnelllader unter 5% liegen soll, bei Tesla anscheinend noch niedriger.

In vielen Ländern bestehen gut ausgebaute Netze mit Schnellladern, die das unbeschwerte Reisen in viele Regionen in Europa und den USA ermöglichen. Natürlich muss das Ladenetz noch deutlich ausgebaut werden und es gibt immer noch etliche Regionen in Europa, in denen Schnelllader rar und die Ausfallraten höher sind. Da ist es nachvollziehbar, dass der Mercedes-CEO Ola Källenius anfangs September 2021 eine Europa-Strategie bei den Ladesäulen anmahnte.

Neben den Schnellladern gibt es noch unzählige „Schnarchlader“ (bis 22 kW) und in größter Not tut es auch die Steckdose bei der freundlichen Gastwirtin, bei der dann die ausgedehnte Pause verbracht werden kann. Ein willkommener Aspekt ist, dass die meisten Schnelllader den Strom aus erneuerbaren Quellen beziehen, womit zumindest in diesem Bereich das ökologische Gewissen beruhigt werden kann. Je nach Land laden zudem bis zu 50% der eAuto-Besitzer:innen regelmäßig Energie ökologisch aus der eigenen Photovoltaik-Anlage – bequem und kostengünstig. Wasserstoff zuhause aus Sonne produzieren zu wollen ist technisch zwar machbar, aber aufgrund der enormen Kosten auch mittelfristig kaum eine Option.

Wasserstoff braucht Visionen

Politik und etliche Medien zeigen eine große Liebe für Wasserstoff, was sich jedoch zu oft in unsachlichen Ansprachen, Worthülsen und fragwürdigen Medienberichten manifestiert. Damit erweisen diese Plapperer dem Thema Wasserstoff aber einen Bärendienst, denn mit Fake News wird kein einziges Elektroauto mit Brennstoffzelle mehr verkauft. Was diese Leute fabulieren entspricht dem Marketing der Konzerne und ist graue Theorie. Die Realität sieht ganz anders aus, wie in Kalifornien offensichtlich wird. Viele Interessierte haben die Probleme mitbekommen, damit schadet diese Schönwetter-Kommunikation dem Thema Wasserstoff.

Eine klare Strategie im Bereich Wasserstoff und Mobilität ist nirgends zu erkennen – halt, doch, am ehesten noch bei Hyundai, die sich in einem ersten großen Projekt mit Brennstoffzellen-Elektrolastwagen in der Schweiz eindrucksvoll positioniert haben. Das Projekt adressiert gleich auch das größte Problem dieser Technologie: die Wasserstoff-Tankstellen-Infrastruktur. Diese Infrastruktur wurde und wird seitens der Kunden als Teil des Projekts aufgebaut. Die ersten Trucks wurden Ende 2020 ausgeliefert und bis 2025 sollen 1'600 Hyundai Trucks mit Brennstoffzelle in der Schweiz unterwegs sein – ein beachtlicher Erfolg. Das war und ist nur möglich, weil sich mehrere, teils im Markt konkurrierende Unternehmen auf die gemeinsamen Interessen konzentriert und die Tank-Infrastruktur gemeinschaftlich errichtet haben. Der Wasserstoff wird zudem regional aus erneuerbaren Energien produziert, womit das ganze Projekt in jeder Hinsicht sinnvoll umgesetzt wurde und wird. Passend dazu bietet Hyundai eine flexible Finanzierungs- und Nutzungslösung: die Trucks sind in einer Pay-per-Use-Miete unterwegs. Ein sehr pragmatisches, ja schon fast visionäres Projekt für einen sich entwickelnden Markt.

Die Vision für Wasserstoff und Brennstoffzelle im Auto

Ende August 2021 haben Toyota und Mazda neue mit Wasserstoff betriebene Autos angekündigt – überraschenderweise auch mit Verbrennungsmotoren: bei Mazda soll es ein Wankelmotor in einem attraktiven Sportcoupé sein, bei Toyota bodenständig ein Vierzylinder im Corolla. Parallel dazu will Toyota den Prius auch mit Brennstoffzelle ausstatten. Das ist alles noch unverbindlich, aber zumindest ist es ein Zeichen, dass Wasserstoff im Auto noch nicht abgesagt werden soll. BMW, Stellantis und JLR hingegen sehen nur Kleinstserien vor, während sich Honda dieses Jahr aus dem Thema Wasserstoff und Brennstoffzelle gar zurückgezogen hat. Das ist angesichts der vielfältigen Auswahl reiner Elektroautos – je nach Zählart über 150 Modelle und Varianten vom charmanten Cabrio-Kleinwagen bis zum Top-Luxusliner, dazwischen vielfältige Modelle für jeden Einsatz für Familie, Firma, Gewerbe und für verschiedene Budgets – bei Weitem nicht ausreichend.

Auch im Bereich der Trucks überwiegt, außer bei Hyundai, Vorsicht. Mercedes soll die Anzahl Modelle des geplanten GenH2 reduziert haben – diese werden jetzt als eActros schneller realisiert und vom Markt wohl auch eher nachgefragt. Bei Volvo soll mit Ausnahme der großen Langstreckentrucks für die USA die Brennstoffzelle ebenfalls in weniger Modellen Einzug halten. Wie Mercedes sieht auch Volvo anscheinend mehr Chancen bei den reinen Elektrotrucks. Für die Elektrolastwagen mit Brennstoffzelle gibt es aber auch gute Nachrichten. Nicola und Iveco wollen gemeinsam mit weiteren Partnern in Europa eine Tankstellen-Infrastruktur für Lastwagen aufbauen – das aber aus technischen Gründen von Daimler nicht genutzt werden kann: statt wie üblich mit komprimiertem wollen die Mercedes-Trucks mit flüssigem Wasserstoff betankt werden. Dieser Sonderweg der Schwaben erscheint wenig sinnvoll, wenn denn der GenH2 überhaupt in größeren Stückzahlen gebaut werden sollte. Da es sich seitens Nikola und Iveco um eine Absichtserklärung handelt, ein vergleichbares Projekt von Nikola in den USA nicht wie geplant vorankommt, zudem große Aufträge für Nikola Trucklieferungen zurückgezogen wurden und Nikola Technologie hinzukaufen muss, statt diese selbst entwickelt zu haben, wurde diese Ankündigung mit viel Skepsis aufgenommen. Schade, denn wenn keine einheitliche Tank-Infrastruktur für Trucks aufgebaut wird, fallen mögliche Synergien für Elektro-Autos mit Brennstoffzelle auch gleich weg.

Wasserstoff und Brennstoffzelle ab 2030 im Auto

Vielleicht sollten wir dem Elektroauto mit Brennstoffzelle noch etwas Zeit gönnen, bis 2030 beispielsweise.
Vielleicht werden die Technologien der Elektroautos mit Brennstoffzelle deutlich weiterentwickelt und die Treibstoffkosten sinken.
Vielleicht werden dann mehr Hersteller die Brennstoffzelle für sich entdecken.
Vielleicht werden wir wegen der Klimakrise dringend auf Elektroautos mit Brennstoffzelle angewiesen sein.
Vielleicht werden viele Hersteller unterschiedliche, interessante Elektroautos mit Brennstoffzelle auf den Markt bringen, eine große Auswahl anbieten und auch liefern können.
Vielleicht werden bis 2025 auch mehr als 100'000 Elektroautos mit Brennstoffzelle gebaut und bis 2030 viele Millionen dieser Autos auf den Straßen unterwegs sein.
Vielleicht könnten die Regierung davon überzeugt werden massiv im Markt einzugreifen und eine staatliche Wasserstoff-Tankstelleninfrastrukturen aufzubauen.
Vielleicht werden die Batteriehersteller keine Entwicklungssprünge mehr erreichen und 500 kW Ladeleistung, Feststoffbatterie, Batteriekosten von unter $80/kWh, höhere Energiedichten und alle weiteren angekündigten Entwicklungen werden nie stattfinden.
Vielleicht wird für Wasserstoff eine Tankinfrastruktur aufgebaut, die sich mit der Ladeinfrastruktur vergleichen lässt.
Vielleicht können von den Regierungen weiterhin Fördergelder für Wasserstoff-Idee abgerufen werden.

Vielleicht ist alles ganz anders und Wasserstoff in der Mobilität sowie Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle sind einfach nur schreckliche Irrtümer.

Die Aussage „schrecklicher Irrtum“ war die sehr emotionale Erkenntnis eines Managers zu den unter meiner Anleitung erarbeiteten Erkenntnisse und Strategien zum Abschluss des Strategie-Workshops.