Alternative Antriebe Welche Zukunft hat Wasserstoff im Lkw?

Der Straßengüterverkehr muss den CO₂-Ausstoß reduzieren. Wasserstoff eignet sich als Kraftstoff – in welcher Form er in die Trucks kommt, ist noch nicht klar.

Wasserstoff könnte den Lkw-Fernverkehr künftig klimafreundlich mit Energie versorgen. Bislang ist allerdings noch gar nicht klar, wie und in welcher Form das Element in Europas Trucks zum Einsatz kommen soll. Dabei ist die Frage noch offen, ob der grüne Lkw der Zukunft seine Energie überhaupt aus Wasserstoff beziehen soll, oder nicht doch besser aus einer Batterie.

Selbst die Industrie ist sich in dieser Beziehung uneinig: Daimler und Volvo Trucks haben kürzlich eine Wasserstoff-Allianz vereinbart, Hyundai hat bereits erste Modelle auf Europas Straßen und Toyota hat zumindest deren Entwicklung angekündigt. Die für ihre Profitabilität bekannte VW-Tochter Scania aber hat die weitere Arbeit an der Brennstoffzelle kürzlich eingestellt.

Studie: Wasserstoff für Langstrecken

Beide Ansätze könnten jedoch auch nebeneinander bestehen. Die Unternehmensberatung Berylls etwa spricht sich in ihrer aktuellen Studie „Trucking on Hydrogen at Crossroads“ dafür aus, Wasserstoff vor allem auf den Langstrecken zu nutzen. Batterien seien dort einfach zu teuer, zu groß und zu schwer, wenn sie große Reichweiten ermöglichen sollten. Die Akkus würden so viel Raum und Nutzlast wegnehmen, dass für die eigentliche Ladung fast kein Platz mehr bliebe.

Brennstoffzelle

Daimler Truck testet Wasserstoff-Lkw Gen H2 im Straßenverkehr

„Eine Tankfüllung von 80 Kilogramm Wasserstoff hat einen Energieinhalt von fast 2.700 kWh und ermöglicht Reichweiten von über 1.000 Kilometern. Eine vergleichbare Batterie wird es aus Kosten- und Gewichtsgründen auch mittelfristig nicht geben“, fasst Steffen Stumpp, der bei Berylls den Nutzfahrzeug-Bereich verantwortet, die Vorzüge des Gases zusammen.

Brennstoffzelle effizienter als Wasserstoff-Verbrenner

Auch auf die zweite Frage hat Stumpp bereits eine Antwort. Die dreht sich darum, wie der Wasserstoff im Lkw verwendet wird: als Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor oder als Energieträger in einer Brennstoffzelle. Letztere werde sich durchsetzen, da sie den besseren Wirkungsgrad hat, prognostiziert Stumpp. Zudem ermögliche sie durch den elektrischen Antriebsstrang Rekuperation, emittiere keine Stickoxide und benötigt deshalb keine aufwändige Abgasnachbehandlung.

Technik erklärt

Die Wasserstoff-Brennstoffzelle: Aufbau, Technik, Funktion

Auch andere Experten bewerten die höhere Effizienz der Brennstoffzelle als Killer-Argument. Denn Wasserstoff ist teuer und wird es bleiben – den Energieträger in einem Motor mit niedrigem Wirkungsgrad zu verbrennen, wäre reine Geldverschwendung. Schon in der viel effizienteren Brennstoffzelle könnten die hohen Kosten zum Problem werden: „Um wettbewerbsfähige Kilometerkosten zu erzielen, muss der Wasserstoff an der Tankstelle unter fünf Euro pro Kilogramm liegen“, so Stumpp.

Genug grüner Wasserstoff erst im Jahr 2030

Pkw-Fahrer zahlen an der Zapfsäule seit Jahren knapp zehn Euro für das Gas – ein Wert, der sich für Lkw halbieren müsste. Die Internationale Energie-Agentur (IEA) rechnet damit, dass dies klappen könnte, wenn die Produktion von grünem Wasserstoff weltweit in großem Stil anläuft. Aktuell wird das Gas aber nicht mit erneuerbarem Strom aus Wasser gewonnen, sondern mit der CO₂-aufwendigen Dampfpyrolyse aus Erdgas. Für das Klima ist bei seinem Einsatz dieses grauen Wasserstoffs im Verkehr nichts gewonnen.

Infrastruktur

Wasserstoff-Tankstelle für Privatanwender

Auch die „blauen“ und „türkisen“ Varianten des Gases, bei denen Teile des Kohlenstoffs abgetrennt und eingelagert werden, sind längst nicht CO₂-neutral. Bis die Produktion im großen Maßstab umgestellt ist, dürfte es noch dauern. Stumpp rechnet damit, dass erst 2030 ausreichend grüner Wasserstoff für den deutschen Lkw-Fernverkehr zur Verfügung steht. Bis dahin kann er sich eine Übergangsphase mit andersfarbigen Varianten vorstellen.

Vier Varianten sind denkbar

Noch stellt sich allerdings die Frage, in welchem Zustand Wasserstoff in den Lkw kommen soll: flüssig oder gasförmig. Vier grundsätzliche Formen sind denkbar, von denen sich zwei zumindest für Berylls schon disqualifiziert haben. Die eine ist die auf 350 Bar unter Druck gesetzte gasförmige Variante, die von frühen Brennstoffzellen-Pkw und aus Bussen und Bahnen bekannt ist. Der geringe Druck bedeutet eine geringe Energiedichte und damit eine für Lkw zu geringe Reichweite pro Tankfüllung.

Alternative Antriebe

Welche Zukunft hat der Wasserstoffmotor?

Aber auch die Variante mit extremer Energiedichte, der auf minus 235 Grad heruntergekühlte, kryo-komprimierte Wasserstoff (CcH₂, 300 Bar) ist keine Alternative: Zu teuer, zu kompliziert im Handling und technisch noch nicht voll ausgereift, befinden die Experten. Auto-Fans kennen die Technik möglicherweise von späten Modellen des BMW Hydrogen 7, mit dem der Hersteller Anfang des Jahrtausends den Wasserstoff-Verbrenner kurzzeitig in Kleinserie auf den Markt brachte.

Bleiben also zwei Varianten: Das aus dem Pkw-Bereich bekannte 700-bar-Druckwasserstoffgas (CGH₂) und gekühlter, verflüssigter Wasserstoff (LH₂, minus 253 Grad, vier Bar), wie ihn etwa Daimler bei seiner Lkw-Studie GenH₂ einsetzt. Beide Formen benötigen speziell angepasste Transportsysteme, Tankstellen und Fahrzeuge.

Wasserstoff-Standards in den nächsten Jahren

Die ganze Logistik- und Infrastrukturkette muss zur Darreichungsform passen – doch dafür sind Standards nötig, die bislang fehlen. „Wir gehen davon aus, dass sich Lkw-Hersteller, Tankstellenbetreiber und Wasserstoff-Erzeuger in den nächsten zwei bis drei Jahren auf Standards einigen, die den Kundenanforderungen gerecht werden“, sagt Stumpp.

China Market Insider

Neue Subventionen für die Brennstoffzelle in China

Viel mehr Zeit bleibt der Branche nicht, will sie zum Klimaschutz beitragen. Im Verkehrssektor müssen die Treibhausgase laut der alten Bundesregierung bis 2030 von derzeit rund 146 Millionen Tonnen auf maximal 95 bis 98 Millionen Tonnen jährlich sinken, um bis zum Jahr 2050 wie von der EU vorgesehen bei nahezu Null zu liegen.

Der Güterverkehr nimmt dabei eine entscheidende Rolle ein: 73 Prozent der Waren werden in Deutschland mit Lastkraftwagen auf der Straße transportiert. Tendenz: steigend.

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