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17.07.2019 | Betriebsstoffe | Interview | Onlineartikel

"Potenzial des Wasserstoff-Verbrennungsmotors häufig nicht bekannt"

Autor:
Marc Ziegler

Thomas Korn beschäftigt sich intensiv mit alternativen Kraftstoffen. Im Interview erläutert der Mitgründer und Geschäftsführer der Keyou GmbH die Möglichkeiten der Herstellung und Speicherung von Wasserstoff.

MTZ/Springer Professional: Keyou ist eine der wenigen Firmen, die sich intensiv mit dem Wasserstoff-Verbrennungsmotor beschäftigt. Was sind die Gründe für die enorme Zurückhaltung?

Korn: Es gibt immer mal wieder kleine Unternehmen, die das Potenzial des Wasserstoff-Verbrennungsmotors erkennen. Die Herausforderung ist es aber, Technologien zu entwickeln, die in die vorhandenen Motorplattformen der Hersteller integriert werden und bestehende Diesel- oder Ottomotoren nicht nur sauber, sondern gleichzeitig effizienter und besser machen können, ohne die Herstellungskosten zu erhöhen. Warum sich die großen Hersteller in den vergangenen 15 Jahren nicht mit der Technik beschäftigt haben, hat zwei Gründe: Zum einen ist auch in Fachkreisen das Potenzial des Wasserstoff-Verbrennungsmotors häufig nicht bekannt – was auch daran liegt, dass frühere Technologien hinsichtlich Leistungsdichte und Wirkungsgrad nicht besonders gut abgeschnitten hatten. Diese Motoren waren damals eher als Marketingtools konzipiert. Zum anderen müssen die Hersteller als börsennotierte Unternehmen jedes Quartal Wachstum ausweisen. Innovationen großer Hersteller müssten also immer auf den Massenmarkt fokussiert sein. Bei Markteinführung ist eine neue Antriebstechnologie aber nie ein Massenprodukt und wirkt sich – bei gleichzeitig hohen Entwicklungskosten – erst einmal negativ auf das Jahresergebnis aus.

Wie kann man Ihrer Meinung nach die Technologien dann in den Markt bringen?

Hersteller müssen gemäß Ihres Geschäftsmodells Fahrzeuge und Antriebe entwickeln, die sowohl einen hohen Kundenwert – wie hohe Fahrreichweite, hohe Zuladung und kurze Betankungszeit – aufweisen als auch zu wettbewerbsfähigen Kosten produziert werden können. Fahrzeuge mit Benzin- und Dieselmotoren stellen dabei die Benchmark dar. Die Anforderungen sind immens hoch – alternative Antriebe müssen deshalb auch bei der Markteinführung politisch unterstützt werden. Politisch fragwürdig ist allerdings die bislang doch recht einseitige Förderung der Elektromobilität. Gerade merkt aber auch die Politik, dass das Klima mit der Elektromobilität alleine nicht zu retten ist. Bis die Produktionskapazitäten aufgebaut, die Rohstoffe gefördert, die Batterien hergestellt sind und die Infrastruktur aufgebaut ist, vergehen Jahrzehnte. Bei 70 bis 80 Millionen produzierten Fahrzeugen im Jahr, die momentan zu über 99 Prozent mit Verbrennungsmotoren ausgestattet sind, muss der Verbrennungsmotor ein entscheidender Baustein sein, um effektiv im Mobilitätssektor Klimaschutz betreiben zu können. Und dann gibt es nur noch zwei Möglichkeiten: synthetische Kraftstoffe oder eben Wasserstoff.

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Wird derzeit der Dieselmotor präferiert?

Eigentlich nicht, der Ottomotor ist eine bessere Entwicklungsbasis. Wir haben allerdings aufgrund der Infrastruktursituation bewusst die Nutzfahrzeuge als Einstieg gewählt. Hier können wir uns von der benötigten Tankstelleninfrastruktur unabhängig machen, da man sich direkt an Depotbetreiber, an Stadtbusunternehmen und Flottenbetreiber wenden und Tankstellen in die Nähe eines Depots bauen kann, die sich aufgrund des hohen Umsatzes viel schneller rentieren. Dadurch kann man einen besseren Preis für Wasserstoff erzielen, der dann auch für Endkunden und Betreiber höchst interessant ist.

Ist die Speicherung von Wasserstoff eher in gasförmiger oder flüssiger Form sinnvoll?

Früher haben wir bei BMW viel mit flüssigem Wasserstoff gearbeitet. Das Handling ist dabei eine große Herausforderung. Schließlich sind die Temperaturen problematisch.  Aber auch der gasförmige Wasserstoff, den wir bevorzugen, ist aufgrund der Komprimierung auch nicht ganz einfach zu handhaben. Die Speicherung ist jedoch bei Druckgasspeichern einfacher, weshalb sich diese letztendlich auch durchgesetzt haben. Hier gibt es unter anderem die sogenannten Boil-off-Verluste nicht.

Von welchen Drücken sprechen wir im Moment?

350 bar im Nutzfahrzeugbereich und 700 bar im Pkw sind momentan Standard. Das thermodynamische Optimum liegt vielleicht bei 450 bis 500 bar. Doppelter Druck heißt ja nicht doppelte Energiemenge. So kann man bei 700 bar zumindest theoretisch 40 Prozent mehr Energie mitführen, als bei 350 bar. Betrachtet man aber die Speicher, die momentan auf dem Markt sind, sind es nur 20 bis 25 Prozent mehr Energie. Man muss sich das genau überlegen, weil die Kosten für die Infrastruktur enorm steigen. Bei 700 bar benötige ich zwei Hochdruckkompressoren. Das macht die Tankstelle teuer. Bei einem Stadtbus kann ich aber auch mit 350 bar locker 50 Kilogramm Wasserstoff unterbringen. Das reicht für 400 bis 500 Kilometer Reichweite, und mit Ausnahme der Sattelzugmaschine ist das Packaging auch beim Lkw kaum ein Problem. Damit können 80 Prozent der Mobilitätsbedürfnisse schon heute abgedeckt werden. Im Vergleich zur Batterie fasst der Wasserstoffspeicher mit 350 bar 20 Mal mehr Energie bezogen aufs Gewicht und fünf bis sechs Mal mehr bezogen aufs Volumen. Auch von der Kostenseite sind wir bei einem Faktor 20. Das macht die Wasserstoffmobilität ja so interessant.

Wie kommen Sie zu diesen Zahlen?

Bei der Batterie fließen die Rohstoffkosten mit ein, und Energie im Material zu speichern, wird es immer teurer sein als Energie gasförmig in einer Hülle zu speichern. Die Materialkosten sind da nicht vergleichbar. Daher wird die Kostendifferenz von Elektro- zu H2-Speichern eher größer werden, auch wenn die Batteriepreise enorm sinken. Und natürlich sind das keine Phantasiezahlen, wir greifen hier auf öffentlich zugängliche Studien zurück, führen aber auch mit Branchenkennern Expertengespräche und lassen uns die Zahlen verifizieren.

Aus welchen Quellen kann man Wasserstoff gewinnen, die Elektrolyse mal ausgenommen?

Da gibt es verschiedene Quellen: Man kann Wasserstoff aus Biogas oder auch aus Abfall gewinnen. Waste-to-Power ist ein gewisser Trend, bei dem mit Reformern oder Synthesegasanlagen aus Müll Wasserstoff gewonnen wird. Es gibt verschiedene Unternehmen, die das forcieren.  Je nach Region kann auch Wasserstoff genutzt werden, der als Nebenprodukt der Industrie anfällt. Aber im Fokus sollte natürlich immer der sogenannte grüne Wasserstoff stehen und in diesem Bereich hat die Wasserselektrolyse mit erneuerbaren Energien sicherlich das größte Potential.

Mit Biogas habe ich doch schon einen Kraftstoff. Warum daraus Wasserstoff extrahieren?

Mit Biogas betriebene Fahrzeuge emittieren immer noch eine große Menge von CO2, die gemäß der aktuellen Gesetzgebung nicht als CO2-neutral eingestuft werden. Zudem wird ein Wasserstoffmotor aufgrund der Brenneigenschaften des kohlenstofffreien Kraftstoffs immer effizienter und in der Abgasnachbehandlung deutlich einfacher und somit kostengünstiger gebaut werden können.

Macht dann der sogenannte graue Wasserstoff tatsächlich Sinn?

Der macht schon Sinn. Man muss sich von diesem totalitären Ansatz verabschieden, nach dem alles immer direkt und sofort zu 100 Prozent ersetzt werden muss, sonst lässt man es ganz sein. Wichtig ist, Technologien in den Markt zu bekommen, die sukzessive die Situation verbessern, bis dann die sogenannte Nullemission erreicht ist, auch wenn es diese eigentlich gar nicht gibt. Nur weil ein E-Fahrzeug keinen Auspuff hat, heißt es ja nicht, dass es keine Emissionen ausstößt. Wenn die Systemgrenzen größer gefasst werden – maximal ist ja Cradle-to-Grave, also von der Entstehung bis zum Recycling –, dann muss man auch wissen, dass heute jeder Elektro-Pkw mit 100 Kilometer Reichweite in der Produktion 60 Prozent mehr Stickoxid und doppelt so viel CO2 verursacht als ein konventionelles Fahrzeug. Zudem wird doppelt so viel Wasser verbraucht. Bei einer Cradle-to-Grave-Betrachtung hat ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor die beste Ökobilanz von allen alternativen Antrieben. Ich brauche keine seltenen Erden und auch sonst keine Rohstoffe, die nur an wenigen Stellen der Erde konzentriert vorkommen.

Mit der Produktionsinfrastruktur lassen sich auf Knopfdruck 70 bis 80 Millionen Motoren bauen – mit viel geringerem Energieaufwand und deutlich schneller. Solange es die Sonne gibt, kann ich Wasser als Kraftstoffgrundlage in einem unendlichen, sauberen Kreislauf nutzen. Dieser Weg ist für eine nachhaltige Energiewirtschaft und Mobilität alternativlos.

Wie lässt sich Wasserstoff am günstigsten herstellen?

Am kosteneffizientesten ist mit Sicherheit die Erdgasabtrennung aus CH4, aber es gibt auch noch eine Reihe andere Methoden mit Bakterien oder Resonanzanregung, um Wasserstoff herzustellen. Power to Gas, also Wasserstoff aus der Wasserelelektrolyse und Waste to Power, Wasserstoff aus der Müllvergasung, sind aber sicherlich am weitesten fortgeschritten. Bei Letzteren ist der Preis von den Energiekosten abhängig, die bei den erneuerbaren Energien kontinuierlich fallen. Wenn ich also mit sehr geringen Energiekosten Wasserstoff erzeuge, habe ich einen Kraftstoff, den ich auch weltweit, kosteneffizient verteilen und nutzen kann. Diese Entwicklung zeichnet sich bereits heute ab.

Muss der Wasserstoff für die Verwendung im Motor aufbereitet werden?

Wir benötigen eine Reinheit von gerademal 98 Prozent. Das ist noch nicht einmal Qualität 1. Nur zum Vergleich: Es gibt einen Standard, der für die Brennstoffzelle die Qualität 5 vorschreibt. Das entspricht 99,999 Prozent Reinheit des Wasserstoffs. Dies bedeutet unter dem Strich natürlich auch eine Kostenersparnis beim Kraftstoff als auch bei der H2-Infrastruktur. Eine Aufbereitung ist nicht notwendig, aber man sollte schon wissen, woher der Wasserstoff kommt und was in den restlichen zwei Prozent enthalten ist, um die guten Emissionswerte nicht aufzuweichen.

Lesen Sie das komplette Interview in der Jubiläumsausgabe MTZ 7/8 2019.

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