Wasserstoffeinsatz im Schwerlastverkehr unter der Lupe

27 % der CO2-Emissionen im Straßenverkehr verursachen Nutzfahrzeuge, die ein Gesamtgewicht von über 3,5 Tonnen auf die Waage bringen. Obwohl sich die Effizienz der Antriebe stetig weiter erhöht, sind die Gesamt-CO2-Emissionen von schweren Nutzfahrzeugen seit 1990 um 25 % gestiegen. Alternative Antriebskonzepte rücken immer mehr in den Fokus.

Den Wasserstoff als Energieträger nimmt die "e-mobil BW GmbH" in den Blick. Sie ist die Landesagentur des Landes Baden-Württemberg mit Sitz in Stuttgart und sieht sich als zentrale Anlaufstelle für alle Belange rund um neue Mobilitätslösungen. In ihrem Auftrag analysierten das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und die AVL List GmbH, ein österreichischer Antriebsspezialist, das Für und Wider des Wasserstoffverbrennungsmotors und des Brennstoffzellenantriebs. Die Ergebnisse stellten die Studienautorinnen und -autoren am 7. Juli digital vor.

Untersuchungsgegenstand der Studie "Systemvergleich Wasserstoffverbrennungsmotor und Brennstoffzelle im schweren ​Nutzfahrzeug" waren 40-Tonner, die den Löwenanteil der Emissionen bei den Nutzfahrzeugen erzeugen. Generell schreiben die Autoren wasserstoffbasierten Antrieben insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge mit hohen Anforderungen an Nutzlast, Flexibilität und Reichweite ein großes Potenzial zu. Der Grund: Im Vergleich zur Batterietechnologie liefere komprimierter Wasserstoff dieselbe Menge Energie bei geringerem Gewicht und Volumen.

Schnelle Umsetzbarkeit versus Kostensenkungspotenzial

Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass der Wasserstoffverbrennungsmotor kurz- bis mittelfristig eine sinnvolle Ergänzung zum Brennstoffzellenantrieb im schweren Nutzfahrzeug ist. Langfristig sieht die Studie jedoch eine Tendenz hin zum Brennstoffzellenantrieb. 

Zu den jeweiligen Vor- und Nachteilen der beiden Antriebstechnologien: Als klare Pluspunkte für den Brennstoffzellenantrieb identifiziert die Studie die vergleichsweise geringeren Wartungskosten, die höhere Effizienz und das bessere Kostensenkungspotenzial. "Sofern die entsprechenden
Rahmenbedingungen geschaffen werden, verfügt die Brennstoffzelle
langfristig über mehr Potenzial, um zur führenden Wasserstofftechnologie im schweren Lkw zu werden", schreiben die Autoren. Zugleich verweisen sie aber auf die vergleichsweise höheren Entwicklungsrisiken des Brennstoffzellenantriebs. Der Wasserstoffverbrennungsmotor dagegen sei vergleichbar zum konventionellen Verbrennungsmotor und verspreche daher geringere Unsicherheiten und eine schnellere Umsetzbarkeit. 
 
​In Bezug auf das CO2-Reduktionspotenzial der jeweiligen Antriebssysteme erkennt die Studie nur geringe Differenzen: Während der Brennstoffzellenantrieb vollständig emissionsfrei funktioniert, erreicht der Wasserstoffverbrennungsmotor eine 98-prozentige CO2-Emissionsminderung. Durch den Verbrennungsprozess werden Luftschadstoffe wie beispielsweise Stickoxide freigesetzt.

Technische Realisierung bis 2025 möglich

Beiden Systemen gemein ist laut der Studie die noch ausstehende Marktreife. Bis zum Jahr 2025 halten die Autoren jedoch bei beiden Antriebstechnologien eine technische Realisierung für möglich. Während beim Wasserstoffverbrennungsmotor noch die Zahl an Zulieferern für die Kernkomponenten begrenzt sei, habe der Brennstoffzellenantrieb noch mit technischen Herausforderungen wie einer adäquaten Kühlung zu kämpfen. Zudem seien die Brennstoffzellensysteme noch zu kostspielig, heißt es in der Studie. Dies könne jedoch durch Skalierung und einer Industrialisierung der Fertigung behoben werden. 

Um beide Technologien konkurrenzfähig zu machen, müssten entsprechend günstige Rahmenbedingungen geschafften werden, betonen die Autoren. Als Beispiel hierfür nennen sie eine flächendeckende Wasserstofftankstelleninfrastruktur und die Verfügbarkeit von klimaneutralem Wasserstoff zu günstigen Preisen. Weitere Förderinstrumente zum Markthochlauf der Technologien sowie weitere Forschungs- und Entwicklungsförderungen seien hierzu notwendig. 

Die 53-seitige Studie "Systemvergleich Wasserstoffverbrennungsmotor und Brennstoffzelle im schweren ​Nutzfahrzeug" stellt E-mobil BW auf ihrer Internetseite zum Download bereit.