AUTOMOBIL – Antrieb der Zukunft gesucht

Brennstoffzelle (Foto: Andreas Hermsdorf / www.pixelio.de)
Brennstoffzelle: Der Druck auf die OEMs, umweltfreundliche Antriebe zu entwickeln, ist enorm. (Foto: Andreas Hermsdorf / www.pixelio.de)

Ob das Automobil und mit ihr die Automobilbranche in Europa eine Zukunft hat, hängt – neben den infrastruktuellen Rahmenbedingungen – nicht zuletzt davon ab, ob es gelingt, emissionsfreie Antriebe und wettbewerbsfähige für Fahrzeuge zu entwickeln, welche an die Leistungsfähigkeit von Motoren heran kommen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Derzeit haben batteriebetriebene die Nase vorne. Doch die Wasserstoff-betriebene Brennstoffzelle ist noch lange nicht aus dem Rennen. Ein Bericht von Hans-Joachim Schlobach

Egal ob privat oder kommerziell genutzt: Das Automobil erhitzt die Gemüter. Noch immer. Das dürfte wohl auch daran liegen, weil das Vehikel faktisch von jedem mit Freiheit im Allgemeinen und Bewegungsfreiheit im Besonderen assoziiert wird, trotz täglicher Staunachrichten und zugeparkter Innenstädte. Selbst Dieselgate & Co hält niemanden davon ab, auf die Nutzung seines Fahrzeugs und/oder eine Neuanschaffung  zu verzichten. Auch die dauerhaften Bemühungen größerer Teile der verantwortlichen in der Politik, die Fahrzeugnutzung zu erschweren, führen nicht zu einem Umdenken. Im Gegenteil. Die Proteste der Gelbwesten in ganz Europa sprechen eine andere Sprache. Die Behinderung der Freifahrt wird viel mehr als Gängelung und Einschränkung persönlicher Freiheiten empfunden – Klimawandel hin und Verkehrskollaps her.

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Drang zum Auto ungebrochen

So kommt es nicht von Ungefähr, dass sich die OEMs der Welt über ein stetiges Wachstum freuen können, wie eine Studie von Ernst&Young Österreich vom März 2018 zeigt. Demnach konnte die gesamte Automobilbranche im vergangenen Jahr 2017 im Durchschnitt 1,9 Prozent mehr Fahrzeuge absetzen, ihre Umsätze weltweit um 5,8 Prozent steigern und sich über eine Gewinnsteigerung um 12,4 Prozent freuen. Dabei blieb der wegen der Dieselaffäre  unter Dauerbeschuss stehende Volkswagenkonzern auch 2017 der Branchenprimus und verkaufte  rund 10, 571 Millionen Pkw, knapp gefolgt von Erzrivale Toyota mit 10,386 Millionen Fahrzeugen. Was die Gewinne angeht, haben die Japaner jedoch mit 17,47 Milliarden Euro nach wie vor die Nase vorne und verwiesen Daimler-Benz mit 14,682 Milliarden Euro und VW mit 13,818 Milliarden Euro klar auf die Plätze. Getragen wurden diese Entwicklungen nicht grundsätzlich vom chinesischen Markt, der in 2017 nur um 1,2 Prozent wuchs, sondern von Westeuropa, wo die OEMs um 2,3 Prozent zulegen konnten.

Auslaufmodell „Verbrenner“

Li-Ionen oder Brennstoffzelle, das ist die Frage. (Foto: Rike / www.pixelio.de)
Ob Li-Ionen oder Brennstoffzelle, welcher Antrieb das Rennen macht, ist unklar. (Foto: Rike / www.pixelio.de)

Die Erfolgszahlen basieren allerdings weitgehend auf veralteten verbrennungsmotorisch- oder dieselmotorisch angetriebenen Fahrzeugtechnologien. Sie bilden keineswegs die Zukunft ab. Und diese liegt im Ungewissen, denn Fahrzeuge mit Benzin- oder Dieselmotoren  stehen im Zuge des Klimawandels, im Hinblick auf CO2- Emissionen und in Bezug auf Feinstaub-Belastungen unter scharfer Kritik. Der Endverbraucher will mittel- bis langfristig mit gutem Gewissen seiner Freiheit frönen können. Die OEMs stehen daher weltweit unter massivem Druck,  alternative Antriebe ihrer Vehikel anzubieten, welche ähnlich gute Leistungswerte wie Otto- und Dieselmotoren liefern.

Elektromobilität boomt nicht in Europa. Heiß diskutiert werden dabei aktuell  umweltfreundliche Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb. Sie sollen den Fahrern genau dieselben Vorteile von herkömmlichen Fahrzeugen bieten, ohne dabei jedoch die Umwelt zu belasten. Die IAA 2018 in Frankfurt legte einen Schwerpunkt auf E-Mobility. Faktisch alle OEMs warteten mit unterschiedlichsten elektrisch angetriebenen Fahrzeugen auf. Dessen ungeachtet ist die Anzahl umweltfreundlicher Fahrzeuge etwa in Deutschland oder Österreich jedoch noch immer gering. Nicht mehr als fünf Prozent solcher Vehikel sind hier im Straßenverkehr zugelassen. Das ist wenig, wenn man bedenkt, dass es staatliche Leistungsanreize wie Steuerfreiheit oder staatliche Förderungen für den Umstieg auf Elektroautos gibt.

Die Frage der Leistung. Der Schluss liegt nahe, dass die Skepsis beim Endverbraucher noch immer überwiegt, trotz erwiesener Klimaschädlichkeit herkömmlicher Autos und der erwiesenen Vorteile dieser Fahrzeuge. Ein wesentlicher Aspekt betrifft dabei das Vorurteil zahlreicher Autofahrer, dass umweltfreundliche Autos nicht über dieselbe Leistung verfügen wie solche, die mit fossilen Kraftstoffen angetrieben werden. Dieses Vorurteil wurde von den OEMs jahrelang selbst mit großem Aufwand geschürt und fällt ihnen nun beim Umstieg auf die E-Mobilität auf die Füße. Doch die Fahrzeuge von Tesla widerlegen das Vorurteil ebenso, wie die Modelle von Audi, Volkswagen, Mercedes usw. die mittlerweile langstreckentauglich sind.

Skepsis beim Verbraucher überwiegt. Bis heute wird diese Skepsis dennoch vielerorts weiter geschürt. Teilweise wird dabei sogar zusätzlich argumentiert, dass die CO2-Bilanz umweltfreundlicher E-Fahrzeuge schlechter sei das Fahrzeuge mit fossilem Brennstoff-Antrieb. Zudem sei die  Produktion der erforderlichen Li-Batterien, mit denen moderne Elektroautos angetrieben werden, alles andere als umweltfreundlich.

(Foto: Magna)
Die Schlüsselfaktoren für einen nachhaltigen Erfolg der Elektromobilität ist der Aufbau von Ökosystemen. (Foto: Magna)

 E-Mobilität als Chance

Dass die Batterieproduktion selbst durchaus problematisch ist und Lithium zudem ein aufwändig zu gewinnender Rohstoff ist, bestreitet niemand. Doch ist die CO2-Bilanz von Elektrofahrzeugen unterm Strich dennoch besser als das von Autos mit fossilen Brennstoffen. Und groß angelegte, staatlich gelenkte Aktionen wie  in China führen vor Augen, dass das Elektroauto zur Reduktion der Emissionen beiträgt und zu  besseren Luftwerten in den Großmetropolen führt.

Die Jahrhundertchance zur Unabhängigkeit. Der entscheidende Unterschied zwischen China und etwa Europa – mit Ausnahme Norwegens – ist jedoch, dass Elektromobilität im Reich der Mitte als eine Jahrhundertchance verstanden wird. Damit soll die westliche Dominanz in der Automobilindustrie durchbrochen und gleichzeitig im Zusammenspiel mit der Energiewende, die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen reduziert werden. Davon ist zumindest Professor Ulf Henning Richter im Interview mit Springer Professionell im August 2018 überzeugt. U. Henning Richter lehrt und forscht an der Tongji Universität Shanghai. Seine Unternehmensschwerpunkte sind dabei Unternehmensstrategien, Innovation, Verantwortung, Nachhaltigkeit und Governance in Zeiten der Globalisierung sowie nachhaltige Investitionen in aufstrebenden Volkswirtschaften.

(Foto: Magna)
Die Technologien zur Entwicklung umweltfreundlicher Fahrzeuge, die mit der Weiterentwicklung herkömmlicher Verbrennungsmotoren mithalten können, existieren schon längst. (Foto: Magna)

Aufbau von Ökosystemen notwendig. U. Henning ist dabei der Ansicht, „dass die Schlüsselfaktoren für einen nachhaltigen Erfolg der Elektromobilität erst der Aufbau von Ökosystemen ist, die den Verbraucher nicht nur mit finanziellen Anreizen, sondern auch durch Praktikabilität und vorteilhafte institutionelle Rahmenbedingungen überzeugen.“ Im Gespräch mit Springer Professionell kritisiert er daher Deutschlands Gesetzgeber und Automobilhersteller. Sie hätten nur zögerlich und phlegmatisch auf die Herausforderungen aus den USA und Asien reagiert. „Andere europäische Länder wie zum Beispiel Norwegen verstehen Elektromobilität als eine Chance, mit neuen Geschäftsmodellen, Innovationen in einer Zukunftstechnologie voranzutreiben“, so U. Henning-Richter. „Deutschland hat sowohl die Ressourcen als auch die Expertise, aber quält sich eine der größten Umwälzungen im Bereich Mobilität in den letzten hundert Jahren umzusetzen. Die bestehenden Infrastrukturinvestitionen reichen dazu bei weitem nicht aus.“

Selbst im Weg stehen. Mit anderen Worten: Europa hat hausgemachte Infrastrukturprobleme zur Umsetzung einer flächendeckenden Elektromobilität, während die Technologien zur Entwicklung umweltfreundlicher Fahrzeuge, die mit der Weiterentwicklung herkömmlicher Verbrennungsmotoren mithalten können, schon längst existieren. (Hier klicken und das Interview mit Ulf Henning Richter lesen)

Elektroantrieb mit Wasserstoff

Die Frage vor diesem Hintergrund ist jedoch, ob die Elektromobilität mit Batterieantrieben der Richtige Ansatz für den Standort Deutschland bzw. ganz Europa ist? Gibt es nicht andere Antriebstechnologien, welche ebenso umweltfreundlich sind, dieselben Effekte entfalten, jedoch nicht den kompletten Umbau der bestehenden Infrastruktur notwendig machen und daher effizienter sind? Um es vorweg zu nehmen: Ja die gibt es in Form der Brennstoffzelle, welche mit Wasserstoff betrieben wird. Mit ihr könnte die bestehende Infrastruktur weitgehend erhalten bleiben und müsste lediglich adaptiert werden. – Allerdings: Der Bau einer Tankstelle für Wasserstoff kostet den Tankstellenbesitzer derzeit rund eine Million Euro.  – Zudem käme es nicht zur Überbelastung der bestehenden Stromnetze, die selbst bei einer normalen Nutzung von Elektroautos Realität werden. Was außerdem für Wasserstoff als Energieträger spricht, ist, dass damit schon heute überschüssiger Wind- und Wasserkraftstrom gespeichert wird, sogenannter „grüner Wasserstoff“. Das Abfallprodukt dieses „Brennstoffes“ ist lediglich Wasserdampf.

(Manfred Limbrunner, CTO Proton Motor, zur Brennstoffzelle.)

Der Antrieb der Zukunft. Deshalb sehen etwa die Entwickler von Toyota die Brennstoffzelle als Antriebstechnologie der Zukunft, während sie der Batterietechnologie nur einen Übergangsstatus einräumen. So bestätigt etwa Gerald Killmann gegenüber DER SPIEGEL Online, dass Toyota auf die Brennstoffzelle setze. G. Killmann ist Chefentwickler von Antriebssystemen und Leiter im Bereich Forschung und Entwicklung am Entwicklungszentrum von Toyota in Brüssel. Und er begründet dies mit speziellen Nutzuingsszenarien, für die Batterie-betriebene Fahrzeuge ungeeignet seien, wie etwa am Beispiel Taxi. „Das fährt 24 Stunden, mehrere Hundert Kilometer am Tag. So ein Auto können Sie nicht acht Stunden irgendwo zum Laden anhängen, der Fahrer will ja ein Geschäft machen. Das Gleiche gilt auch für Schwerlastwagen, die Tausende von Kilometern fahren. Die Brennstoffzelle wird sich im Langstreckenbereich, bei Fahrzeugen mit wenig Standzeiten und im Nutzfahrzeugbereich durchsetzen“, so der Antriebsspezialist gegenüber Spiegel Online. G. Killmann sieht den Durchbruch für alternative Antriebstechnologien jedoch erst in den nächsten zwei Dekaden. So lange werden Fahrzeuge mit fossilen Antrieben noch zum Alltag gehören, so seine Prognose. (Hier klicken und Das Interview mit Gerald Killmann lesen) Doch könnte sich die Entwicklung beschleunigen, wenn sich beispielsweise die deutsche Autoindustrie darum bemühen würde, selbst ein flächendeckendes Netz an Wasserstofftankstellen aufzubauen. Dies könnte zusammen mit Energieunternehmen  wie etwa Linde, OMV oder Shell usw. auf den Weg gebracht und in die bereits bestehende Tankstelleninfrastruktur integriert werden.

Der FCREEV (Foto: Magna)
Welcher Antrieb mittelfristig das Rennen macht, ist ungewiss. Derzeit spricht alles für Batterie-betriebene Fahrzeuge. Jedoch hat die Brennstoffzelle noch lange nicht ihr Potenzial ausgespielt. (Foto: Magna)

Die Hybrid-Variante

Für den raschen Einstig in emissionsfreie die Wasserstoff-Technologie könnten jedoch auch Hybrid-Fahrzeuge sorgen. Diese vereinen einen Li-Ionen Batterieantrieb mit einer Brennstoffzelle und machen unabhängig von der in jedweder Hinsicht schwach ausgebauten Strom- und Wasserstoff-Infrastruktur. Denn sie verfügen über die entsprechenden Reichweiten.

Der FCREEV. Ein Prototyp hierfür ist etwa der sogenannte FCREEV (Fuel Cell Range Extended Electric Vehicle). Es handelt sich dabei um einen umgebauten Mini-Van, der mit einem Brennstoffzellen-Range-Extender ausgestattet wurde. Dieses Antriebskonzept kombiniert die Vorteile des emissionsfreien elektrischen Fahrens mit schnellem Wasserstofftanken und bietet damit einen überzeugenden Lösungsansatz für große Reichweiten im emissionsfreien Fahrbetrieb. Das Konzept hat Magna Steyr in einem gemeinschaftlichen, nationalen Förderprojekt zusammen mit dem Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik (IFA) der Technischen Universität Wien, der Wasserstoff-Forschungsgesellschaft HyCentA in Graz und der Firma Proton Motor in München entwickelt.

Prototyp aus Österreich. Das FCREEV mit Brennstoffzellen-Range-Extender wurde als Prototyp erfolgreich getestet. Als Nutzfahrzeug ist es praxistauglich, so ein Ergebnis der Tests. Das Brennstoffzellen-Range-Extender-Konzept schließt somit eine Lücke im vorhandenen Portfolio der emissionsfreien Antriebsvarianten. Es kombiniert die Vorteile des schnellen Tankens mit der höheren Energiedichte des Wasserstoffs und bietet elektrisches Laden. Das bedeutet somit Zero-Emission-Fahren bei gleichzeitig hohen Reichweiten. Der Prototyp fährt zudem bei voll aufgeladener Batterie vorrangig rein batterieelektrisch. Sinkt der Ladezustand, schaltet sich die Brennstoffzelle hinzu, um die Batterie nachzuladen und somit die absolute Reichweite zu erhöhen. Die eingesetzte Antriebsarchitektur ist auf herstellerspezifische Anforderungen und für unterschiedliche Fahrzeugsegmente adaptierbar. Das FCREEV-Konzept stellt somit eine gute Lösung in Bezug auf CO2-Emissionen, Reichweite, Betankungsflexibilität und Allradantrieb dar. Darüber hinaus ist es bei niedrigen Produktionsmengen das kostengünstigste Konzept. Erst bei hohen Stückzahlen erreichen FCRFFV und FCEV ähnlich niedrige Produktionskosten. Durch die geringe Wasserstoffbetankungsdauer und die bestehende elektrische Ladeinfrastruktur verbindet dieses Cero-Emission-Fahrzeug wesentliche Kundenbedürfnisse, um eine breite Akzeptanz zu erreichen.

(Zeitraffer des Umbaus des FCREEV-Vans)

Die Zukunft ist ungewiss

Welcher Antrieb mittelfristig tatsächlich das Rennen macht, ist also ungewiss. Derzeit spricht alles für  Batterie-betriebene Fahrzeuge. Jedoch hat die Brennstoffzelle noch lange nicht ihr Potenzial ausgespielt. Somit ist es wahrscheinlich, dass sich beide Systeme letztlich den gesamten Markt aufteilen. Die Konsequenz, dass sich die OEMs auf das eine oder andere System spezialisieren, ist daher wahrscheinlich. Dafür sprechen auch Hybrid-Systeme wie der FCREEV. Für den Endverbraucher bedeutet das unterm Strich mehr Wahlfreiheit und höhere Variantenvielfalt. Fakt ist lediglich, dass die Antriebe mit fossilen Brennstoffen Auslaufmodelle sind und in den nächsten zwei Dekaden nur noch eine nostalgische Rolle im Automobilsektor spielen werden.

magna.com 
toyota.com 
ifa.tuwien.ac.at
hycenta.at
proton-motor.de