Brennstoffzellen-Lkw und -Busse kommen weiterhin – und benötigen weiterhin mehr grünen Wasserstoff

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Angesichts der anhaltenden Verbesserungen bei EV-Batterien ist es erstaunlich, dass einige Akteure im Bereich der Null-Emissionen weiterhin an der Elektrifizierung von Fahrzeugen mittels Wasserstoffbrennstoffzellen festhalten. Nun, das tun sie tatsächlich – und solange sie dies weiterhin tun, liefern sie einen weiteren Grund dafür, dass grüner Wasserstoff fossile Brennstoffe aus der globalen Wasserstoffsupply-Kette verdrängt.

Der Biomasse-Weg zum grünen Wasserstoff

Der sich herausbildende Konsens bezüglich grünem Wasserstoff besagt, dass detaillierte Anwendungsgebiete – einschließlich Pkw und Heizsystemen für Privathäuser – eine Ressourcenverschwendung darstellen. Dennoch geht die Rolle des Wasserstoffs in modernen industrialisierten Volkswirtschaften über die Bereiche Verkehr und Bauwesen hinaus. Raffination, Stahlherstellung, Düngemittelproduktion sowie Chemieherstellung gehören zu den großtechnischen, weniger detaillierten Anwendungsfallen, in denen nachhaltigere Wasserstoffsquellen anstelle des konventionellen Wasserstoffs eingesetzt werden könnten – und sollten –, wobei der konventionelle Wasserstoff hauptsächlich aus Erdgas sowie in geringerem Maße aus Kohle gewonnen wird.

Die Elektrolyse zieht den größten Teil der Finanzmittel aus dem privaten und öffentlichen Sektor für das sogenannte grüne Wasserstoffgewinnung verfügbar macht, wobei erneuerbare Energien eingesetzt werden, um Wasserstoffgas aus Wasser zu gewinnen. Obwohl hohe Kosten die Verbreitung der Wasserelektrolyse behindert haben, hat sich die Situation verbessert, da Innovatoren daran arbeiten, die Kosten der Elektrolysegeräte zu senken.

Auch neue Möglichkeiten zur großflächigen Nutzung erneuerbarer Energien treiben die Entwicklung der Wasserelektrolyse voran. Zudem konzentrieren sich Start-ups auf Nischenanwendungen, bei denen die Verfügbarkeit des Brennstoffs der entscheidende Faktor ist und nicht die Preise (weitere Hintergrundinformationen zu grünem Wasserstoff finden Sie hier).

Weitere Wege zur Herstellung von grünem Wasserstoff haben weniger Aufmerksamkeit erhalten, nämlich die Umwandlung von Biomasse in Wasserstoff sowie von Kunststoffabfällen in Wasserstoff. Dennoch nimmt auch in diesen Bereichen die Aktivität weiter zu.

In dem Bereich der Biomasse beschrieb beispielsweise im letzten Oktober ein Forschungsteam der Yale University die klimatischen Vorteile des Einsatzes von Bio-H2 als Ergänzung zur Wasserelektrolyse und wies darauf hin, dass der Mangel an Süßwasser zu den Faktoren gehört, die eine ausschließliche Abhängigkeit von Elektrolyseuren einschränken.

Die Algenlösung

Innovatoren im Bereich Biomasse zu Wasserstoff haben landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Abfälle sowie Lebensmittelabfälle und städtische Abwässer untersucht; auch Tierabfälle und andere tierische Nebenprodukte spielen eine Rolle.

Ein Bereich, der weitgehend unberührt blieb, ist das Potenzial von Algen, eine wirtschaftliche Quelle für grünen Wasserstoff zu bieten – Forscher stoßen dabei auf die Herausforderung durch den Salzgehalt von im Meer angebauten Algen.

Ein internationales Team der Columbia University in New York und der Ewha Womans University in Korea beschloss, sich diesem Problem zu widmen. Ihre im Journal Nature veröffentlichte Studie konzentriert sich auf die Umwandlung von braunen Meeresalgen durch einen kohlenstoffneutralen Prozess, wobei eine Kohlenstoffspeicherung aufgrund des Potenzials zur Bindung von Karbonat-Nebenprodukten in Betracht kommt.

Zur Begründung für Biomasse aus dem Meer weist das Team darauf hin, dass die Kohlenstoffspeicherungsrate von Meeresalgen die anderer landbasierten Biomassen um ein Vielfaches übertrifft – genauer gesagt siebenmal höher. Weitere Vorteile sind eine Wachstumsrate, die es ermöglicht, bis zu sechsmal jährlich zu ernten, ohne Dünger verwenden zu müssen, sowie die Nutzung von nicht landwirtschaftlich genutztem Raum für den Anbau.

Die Forscher unterzogen ihre Algen einer maßgeschneiderten alkalischen Wärmebehandlung (ATT) und berichten hier in äußerster Detailliertheit darüber. „Die Ergebnisse zeigen, dass die Biomasse-ATT mehr H2 erzeugen kann als der kombinierte Prozess aus Gasifizierung und Wasser-Gas-Shift-Reaktionen“, schließen die Wissenschaftler zum Verständnis für Laien.

„Dies ist ein sehr vielversprechendes Ergebnis, wenn man die potenzielle Lernkurve bei der Entwicklung der Biomasse-ATT-Technologie berücksichtigt, die sich noch in einer frühen Entwicklungsphase befindet“, fügen sie hinzu.

Die Lösung für Kunststoffabfälle

Kunststoffabfälle sind ein weiterer Aspekt, der gelegentlich in der Literatur zum grünen Wasserstoff erwähnt wird – allerdings handelt es sich dabei eher um ein Abfallmanagement-Verfahren auf fossiler Basis als um eine Lösung aus erneuerbaren Ressourcen.

Ein kürzlicher Beitrag stammt von einem interuniversitären Team in Korea mit Beteiligung der University of California. Ihre Studie, die am 6. Juli in PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) veröffentlicht wurde, befürwortet ATT als effiziente Alternative zum Plastikrecycling, die Wasserstoff hoher Reinheit erzeugt.

„Trotz der wachsenden Betonung des Recyclings wird derzeit nur 9 Prozent der Plastikabfälle recycelt, während 79 Prozent in Deponien angesammelt und 12 Prozent verbrannt werden“, weist das Team darauf hin, um die (um es milde auszudrücken) Mängel im aktuellen Zustand der globalen Plastikrecycling-Industrie zu erklären.

„Traditionelle Methoden der Abfallbewirtschaftung schaffen es nicht nur nicht, die Krise durch Kunststoffabfälle angemessen in den Griff zu bekommen, sondern tragen auch zur sekundären Umweltverschmutzung bei – darunter die Freisetzung von Mikroplastik, feinen Partikeln, SOx, NOx, Dioxinen und CO2“, fügen sie zur Sicherheit hinzu.

Mehr grünes Wasserstoff für Brennstoffzellenbusse

Während Biomasse und Kunststoffabfälle noch nicht auf dem Massenmarkt verfügbar sind, wird die Argumentation für die Wasserelektrolyse mit jedem Tag stärker, in dem US-Präsident Donald Trump die durch seinen Krieg im Iran verursachten Schäden an den globalen Brennstoffmärkten weder stoppen noch rückgängig machen kann. Das Ornuba-Projekt in Spanien ist eines der Beispiele dafür, wie industrielle Anwendungen – in diesem Fall grünes Ammoniak – grüne Wasserstoffprojekte unterstützen, die auf lokalen Ressourcen basieren und so vor den Unwägbarkeiten der trump’schen Geopolitik geschützt sind.

Auch Anwendungsfälle im Transportbereich werden geprüft, wobei die Beteiligten jedoch viel vorsichtiger sind als in den vergangenen Jahren. Der Fokus liegt heutzutage auf bestimmten Anwendungsfällen, in denen eine Kombination aus staatlicher Politik sowie einem Mangel – real oder wahrgenommen – an vergleichbaren batteriebetriebenen Alternativen eine Chance bietet.

In Spanien hat Bosch beispielsweise seine Brennstoffzellen-Energiemodule zur Erprobung an einen Bus des Herstellers Irizar geliefert, wobei insbesondere längere Strecken in Madrid im Fokus stehen. Laut Bosch kann der Bus mehr als 1.000 Kilometer fahren, bevor er wieder aufgetankt werden muss – was etwa 10–15 Minuten dauert. Bosch schlägt außerdem ein leistungsstärkeres System für schwere Reisebusse und Lastwagen vor.

Bosch ist in Deutschland ebenfalls aktiv, wo das Unternehmen MAN kürzlich Tests mit elektrischen Lastwagen durchgeführt hat, die sowohl Brennstoffzellen als auch Batterien nutzen und eine Reichweite von 450–500 Kilometern anstreben. MAN gehört zu den Unternehmen, die in der Brennstoffzellenbranche vorsichtig sind. Das Unternehmen erwartet, dass batterieelektrische Fahrzeuge den Straßengüterverkehr dominieren werden, während weiterhin Platz für Transportmittel mit Wasserstoffbrennstoffzellen bleibt. „Wasserstofftechnologien können in bestimmten Anwendungen eine wichtige ergänzende Rolle spielen – beispielsweise auf sehr langen Transportrouten oder in Regionen mit unzureichender Ladeinfrastruktur“, so MAN.

Ballard ist ein weiterer Akteur, der sich in Deutschland engagiert. Im letzten März berichtete Ballard, dass seine Technologie 410 der etwa 500 in Deutschland im Einsatz befindlichen Brennstoffzellenbusse antreibt.

In den USA meanwhile

Hier in den USA warten einige Akteure im Bereich Brennstoffzellen nicht darauf, bis die Farbe getrocknet ist. Bosch tritt erneut in Erscheinung – über seine Tochtergesellschaft Bosch RexRoth – die ein fortschrittliches Pumpensystem für eine künftige Wasserstofftankstelle in Kalifornien liefert. Die Anlage wird von SamTrans, dem Verkehrsbezirk des San Mateo County, in Betrieb genommen. Als größte Tankstelle ihrer Art angepriesen, wird die Anlage eine Servicekapazität für bis zu 175 Brennstoffzellenbusse haben. „Das System von Bosch Rexroth kann bis zu 1.200 kg pro Stunde Wasserstoff abgeben, um sogar noch größere Busflotten zu versorgen“, fügt Bosch hinzu.

In Orange County erhielt das Unternehmen Clean Energy Fuels Corp. einen Vertrag im Wert von 27,5 Millionen Dollar von der Orange County Transportation Authority (OCTA), um an ihrem Busbahnhof in Garden Grove eine Wasserstofftankstelle zu errichten. „OCTA betreibt derzeit 10 Wasserstoff-Busse und plant, bis zur Fertigstellung dieser Tankstelle weitere 40 hinzuzufügen“, so CEFC.

Auch diese Einrichtungen werden den einzelnen Betreibern von Wasserstoff-Bussen in Kalifornien, die unter dem Mangel an betriebsfähigen Wasserstofftankstellen leiden, kaum Erleichterung bringen – doch das ist ein ganz anderes Problem. Achten Sie auf das US-Unternehmen Hyroad Energy, das kürzlich eine neue Wasserstofftankstelle für kommerzielle Lkw-Flotten in Santa Fe Springs eröffnet hat.