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02.08.2018 | Brennstoffzelle | Interview | Onlineartikel

"Der Preis für eine Brennstoffzelle lässt sich auf ein knappes Drittel bis Viertel reduzieren"

Autoren:
Alexander Heintzel, Thomas Schneider

Der VW-Konzern macht Druck in Sachen Elektrifizierung, Erdgas und synthetische Kraftstoffe, um die Mobilität von Morgen umweltfreundlicher zu machen. Im Gespräch mit der MTZ berichtet Nikolai Ardey von Audi, wohin die Reise antriebstechnisch geht.

MTZ: Dr. Ardey, bis 2025 soll ein Drittel der Audi-Fahrzeuge elektrifiziert sein. Wie hoch sehen Sie die Anteile bei batterieelektrischen, 48-Volt-Mildhybrid- und Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen? 

Ardey: Es besteht derzeit noch eine hohe Unsicherheit. Die Logik, nach der wir vorgehen wollen, ist im Grunde genommen, das Doppelte des Marktpotentials für die Elektromobilität für uns zu reservieren. Wenn also in Europa zwischen zwölf und 18 Prozent Marktpotential für Batteriefahrzeuge da ist, dann wollen wir das mit einem Faktor zwei bedienen, weil wir glauben, dort als Premiumhersteller auch größere Chancen zu haben - auch in Bezug auf Kostenstrukturen und Preiserreichbarkeit. Deshalb glauben wir, ungefähr ein Drittel Batteriefahrzeuge an den Markt zu bringen. Ob das dann 25 Prozent sind oder vielleicht 32 Prozent ist nicht so entscheidend. Wenn wir darauf eine CO2-Strategie aufbauen, ist die Schwankungsbreite natürlich noch sehr hoch. Das heißt, um das abzusichern, braucht man einen Plan B. Und der Plan B der heißt Plug-in-Hybride, die wir pushen. Wir erzeugen dort ein breiteres Angebot, um uns in Bezug auf CO2 abzusichern. Und darüber hinaus wird einfach die komplette Verbrennungsmotoren-Flotte sukzessive jetzt mit 48 Volt elektrifiziert. Damit glauben wir, dass wir robust aufgestellt sind. 

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Was ist im Moment der größte Hemmschuh der E-Mobilität und welche Lösung schlagen Sie vor?

Hemmschuhe gibt es mehrere. Zum einen die heute noch zu geringen Reichweiten in den meisten Fahrzeugen. Das ist für den Kunden unsympathisch, wenn ich meinen Aktionsradius von 200, 300 Kilometer hin und zurück nicht ohne Laden schaffe. Und dann kann ich zweitens nicht sicher sein, dass ich auch eine Schnellladestation finde, an der ich in kurzer Zeit wieder aufladen kann. Und dann ist da natürlich das Thema Kosten, der dritte wesentliche Faktor. 

Wie kann man dem begegnen?

Wenn man mal bei den Kosten anfängt, da gibt es momentan schon einen steilen Gradienten, was die Batterietechnologie anbelangt. Da ist ein Faktor zwei drin in den nächsten Jahren. Es gibt natürlich auch gegenläufige Trends. Die Rohstoffkosten gehen momentan nach oben, weil die Nachfrage nach Kobalt und Lithium steigt. Von daher geht es wahrscheinlich nicht ganz so schnell nach unten, wie wir uns das gedacht haben, aber trotzdem geht es deutlich nach unten. Man kann davon ausgehen, dass in den nächsten paar Jahren das Batteriefahrzeug – bei Einstiegs-Reichweiten – in Schlagdistanz zum Verbrenner kommt. Da gibt es große Fortschritte. Economy of Scales spielt natürlich auch eine große Rolle. Die Batteriefahrzeuge werden jetzt ins Volumen gehen, es wird aber ein systematischer Offset bleiben. Dennoch ist es so, dass für uns das Thema Kosten versus CO2 in der Flotte eigentlich eine der wirtschaftlichsten CO2-Maßnahmen darstellt. Deswegen ist das für uns hochgradig attraktiv. Und deswegen wollen wir hier maximal pushen.

Und die anderen Bereiche?

Auch bei den Themen Laden und Reichweite tut sich sehr viel. Der Anspruch, den man glaube ich haben muss, ist eine Reichweite von mindestens 500 Kilometer. Dann darf es schon mal eine Kaffeepause von einer Viertelstunde oder halben Stunde sein, in der man dann das Auto mindestens so weit volllädt, dass man wieder 300, 400 Kilometer fahren kann. Und das steht an, das bringen wir schon mit der nächsten Generation Elektrofahrzeuge auf den Markt – mit einer Ladetechnik von 150 Kilowatt. Tesla macht heute etwa 120 Kilowatt maximal. Wir gehen auf 150 Kilowatt. Das ist das, was man mit der heutigen Spannungslage von 400 bis 500 Volt bei der Strom-Tragfähigkeit der Stecker, die wir da genormt haben, maximal darstellen kann. Das ist der erste Schritt. Der nächste Schritt wird dann sein, mit einer Spannungslage von 800 oder 900 Volt das Ganze noch einmal zu verdoppeln. Das heißt, dann kommt man auf 300 bis 350 Kilowatt Ladeleistung. Und damit ist man dann schon bei einer Reichweite, die man durch das Tanken bekommt. In zehn bis 15 Minuten hat man dann schon eine richtig gute Reichweite nachgeladen. Und dann ist der Pain Point eigentlich beseitigt. 

Soviel zur Ladetechnik, diese muss dann aber auch tatsächlich verfügbar sein.

Hier bedarf es einiger Anstrengungen, um das Schnelllade-Netz hochzufahren. Und ich kann nur sagen: Es scheitert nicht am Geld. Deswegen bin ich optimistisch, dass auch dieses Problem überwunden wird. Es ist viel mehr Geld für Schnellladesäulen da, als im Moment abfließen kann. Eher hapert es daran, die Flächen entsprechend umzuwidmen. Die Bürokratie ist eigentlich das, was man überwinden muss. Ich fahre regelmäßig an einer großen Tankstelle an der A9 vorbei, da ist jetzt eine riesen Fläche aufgebaut, auf der man 20 oder 30 Ladestationen installieren kann. Die ersten zehn sind schon aufgebaut, und man kann sehen, wie das sukzessive ausgebaut wird. Wenn man sich überlegt, dass bei Zapfsäulen für Kraftstoff circa alle zehn Minuten ein Auto betankt werden kann, dann brauche ich entsprechend dreimal so viele Ladesäulen wie Zapfsäulen, wenn ich eine halbe Stunde elektrisch laden will. Und etwa in diesem Verhältnis wird an dieser Tankstelle installiert. 

Zusätzlich möchte Audi bis Ende des Jahrzehnts ein Brennstoffzellenauto auf den Markt bringen. Die Japaner und Südkoreaner sind in dem Bereich im Moment deutlich schneller. Woran machen Sie das fest?

Ich weiß nicht, ob die schneller sind, sie haben früher ein Fahrzeug auf den Markt gebracht. Die Kunden sind dann aber damit konfrontiert, Wasserstofftankstellen zu finden, von denen viele noch nicht in Betrieb sind. Wir beschäftigen uns seit vielen Jahren mit der Wasserstoff-Technologie, das gilt sowohl für meinen ehemaligen Arbeitgeber [BMW, Anm. d. Red.] wie für meinen jetzigen. Die Konzepte sind verfügbar, und wir orientieren uns daran, wie die Infrastruktur vorankommt. Wir stecken sehr viel Energie in das Ziel, die Infrastruktur selbst mit voranzubringen. Und wir planen, in der ersten Hälfte nächsten Jahrzehnts das erste Auto auch in einer Kleinserie wirklich auf den Markt zu bringen. Es gibt sehr attraktive Konzepte für Brennstoffzellenfahrzeuge. Klar hoffen und glauben wir, dass wir etwa ab 2025 so viel Wasserstoff-Infrastruktur aufgebaut haben, dass es auch wirklich Sinn macht, ein signifikantes Marktsegment damit zu bedienen. Das Volumen, das Hyundai auf dem Markt hat, bedeutet ja auch eine Lernphase mit einer ganz kleinen Stückzahl. 

Die Brennstoffzelle ist wie Batterien bei den BEVs der Hauptkostenfaktor des Antriebs. Erwarten Sie analog eine deutliche Reduzierung der Produktionskosten und können Sie das quantifizieren? 

Die Quantifizierung ist immer ein bisschen schwierig in einer so frühen Phase. Wir sehen das rein kaufmännisch. Wenn man sich die Grenzkosten bei so einem System ausrechnet, also auf Brennstoffzellen-Ebene wie auch Gesamtsystem-Ebene, kann man sich ja ausrechnen, wie hoch die technischen Kosten darin sind. Und dann kann man separieren, was der Effekt von Economy of sales ist. Wenn man nach 2025 auf eine Stückzahl von ungefähr 100.000 Einheiten pro Jahr kommt, was für einen Konzern wie Volkswagen eine durchaus erreichbarer Größe ist, kann man schon davon ausgehen, dass sich der Preis für eine Brennstoffzelle ungefähr auf ein knappes Drittel bis ein Viertel reduzieren lässt. 

Glauben Sie, dass Audi auch von den Nutzfahrzeugen profitieren kann? Denn bei denen ist die Brennstoffzelle noch viel stärker ein konkretes Thema für die Zukunft. 

Ja, wir entwickeln ja für den gesamten Konzern. Und wir stehen da durchaus auch in der Pflicht und in der Verantwortung, für die Nutzfahrzeugsparte des Konzerns die Technologie zur Verfügung zu stellen. Je schwerer die Fahrzeuge sind und umso höher der Fahrwiderstand, desto mehr macht es Sinn. Allein der trade-off Batteriefahrzeug und Brennstoffzellenfahrzeug beginnt schon im oberen und mittleren Pkw-Segment positiv zu werden – und beim Lkw erst recht. Und da ist ja auch die Ladeinfrastruktur kein Thema. Wenn man sich vorstellt, die Langstrecke bedient man mit synthetischem Kraftstoff, und in die Stadt will man dann emissionsfrei fahren. Dann gibt es vor der Stadt einen kleinen Hub, wo man fürs Ausliefern in die Wasserstoff-Trucks umlädt. Da kann ich mir auch eine Tankstelle hinstellen, das ist für den Spediteur ganz leicht lösbar. Und dann kann ich in die Stadt emissionsfrei fahren, das ist also ein ganz stimmiges Konzept. 

Bleiben wir beim Wasserstoff. Was halten Sie vom Wasserstoff-Motor, also von der direkten Verbrennung statt der chemischen Umwandlung?

Ich komme ja aus einer Firma, die sich da mal sehr intensiv engagiert hat, die den Pfad aber mittlerweile auch verlassen hat, aus mehreren Gründen. Der eine Grund ist: Der Wirkungsgrad ist einfach geringer als bei der Brennstoffzelle. Der ist aber für ein Brennstoffzellenfahrzeug eminent wichtig, denn auch beim Lkw mit 700-bar-Wasserstofftank ist das Thema Reichweite schon ein limitierendes. Das heißt, ich muss den Wasserstoff so effizient wie möglich umsetzen. Und da ist die Brennstoffzelle, seitdem man von den SOFC-Konzepten [SOFC = Solid Oxide Fuel Cell, Anm. d. Red.] weg ist und mit von der Betriebstemperatur her beherrschbaren PEM-Zellen [Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Anm. d. Red.] arbeitet, das attraktivste Konzept. Das ist der Hauptaspekt. Dann gibt es einen Nebenaspekt, der aber nicht ganz unwesentlich ist. Ein Wasserstoffmotor verbrennt das Gemisch bei sehr hohen Temperaturen deutlich oberhalb des Zeldovich-Punktes, wo sehr viel NOX entsteht. Das heißt, man muss eine sehr umfangreiche NOX-Abgasnachbehandlung machen, was natürlich wieder die Attraktivität schmälert. Es gibt jetzt soweit ich informiert bin mittlerweile ein Teilschicht-Konzept, das dieses NOX-Problem deutlich entschärft. Damit wäre dieses Kriterium wieder weg, aber es bleibt der Wirkungsgrad-Nachteil. Daher ist es für uns keine Option. 

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Kommen wir zum Thema regenerative Kraftstoffe: Audi ist seit einiger Zeit mit E-Gas unterwegs, neuerdings auch mit E-Benzin. Wie unterscheiden sich die beiden und wie groß sind die Chancen, dass sie sich auch in der Breite durchsetzen? Schließlich warten wir beim CNG schon eine gefühlte Ewigkeit darauf, warum soll das bei E-Fuels anders sein?

Zum CNG muss ich vorwegschicken, dass wir selbst überrascht sind, wie groß die Nachfrage danach aktuell ist. Wir sind da am Rande der Produktionskapazitäten und müssen schauen, dass wir die Fahrzeuge herbringen, die die Kunden nachfragen. Das ist sehr erfrischend, was da jetzt grade im Markt passiert. Daher sehen wir das Thema sehr optimistisch an dieser Stelle. Was passieren muss, damit es sich weiter ausbreitet? Ich denke wir brauchen ein größeres Angebot. Wir haben bereits eine Markt-Kampagne gestartet, die gezündet hat. Wir müssen jetzt schauen, dass wir das Angebot auf Basis der heute verfügbaren Technologie ausrollen. Im Anschluss bereiten wir die nächste Motorengeneration schon dafür vor, noch stärker auf diese Technologie spezialisiert zu sein. Und dann gehen wir davon aus, dass das Volumen größer wird. Man muss aber schon sehen, dass das Tankstellennetz noch ein limitierender Faktor ist. Deswegen sind wir auch stark engagiert, es auszubauen. Und man muss ebenso bedenken, dass CNG ein bisschen ein lokales Phänomen in einigen Ländern ist und kein weltweites Thema. Daher muss man berücksichtigen: Wenn man die Entwicklung weltweit betrachtet, braucht man verschiedene Konzepte.

Es besteht also Hoffnung für einen Siegeszug von E-Fuels?

Synthetische Kraftstoffe haben ein sehr hohes Potential, weil man damit den CO2-Footprint Well-to-Wheel deutlich nach unten bringt. Hemmschuh ist momentan die betriebswirtschaftliche Motivation, die noch nicht gegeben ist. Für uns wäre das Thema sofort hochgradig attraktiv. Selbst die Herstellung und das Investment wären attraktiv, weil es eine sehr günstige CO2-Maßnahme ist, die jedoch hoch wirksam ist. Der Regulator will uns aber nicht aus unserer Pflicht "Tank-to-Wheel" entlassen und setzt dabei auf die Petrochemie. In der Schweiz unterstützt uns der Regulator bei der Anrechnung von Audi-E-Gas in die lokale CO2-Flottenbilanz. Und dann muss man sich die Frage stellen, was man tun muss, damit die Petrochemie mitmacht. Da wären CO2-Zertifikate momentan die Triebfeder, die momentan noch zu billig sind, das ist aber eigentlich nur eine Frage der Zeit. Wir wissen ja, wenn wir weiter extrapolieren, wie viel CO2 wir emittieren, dann wird das Zwei-Grad-Ziel bald erreicht sein. Die Reserve, also das, was wir noch emittieren können, ist ja endlich. Und je knapper dieser Effekt wird, desto teurer werden diese CO2-Zertifikate. Und desto attraktiver wird es dann auch für die Petrochemie, da zu investieren. Wenn der Regulator jetzt nachhelfen will, muss er die CO2-Zertifikate teurer machen. Das könnte ein Mechanismus sein. Wir würden uns natürlich darum bewerben, das in unsere CO2-Bilanz einrechnen zu können, und dann würden wir es entsprechend auch finanzieren.

Wie schätzen Sie die Skalierungseffekte bei der Massenfertigung ein? Ist eine flächendeckende Versorgung zu den momentanen Kraftstoffpreisen möglich oder wird es teurer?

Das kommt darauf an, welchen synthetischen Kraftstoff man nimmt. Wenn man zum Beispiel ein E-Benzin machen würde, kommt man schon deutlich unter zwei Euro pro Liter. Wenn die reinen Kosten vor Steuern bei ungefähr einem Euro darstellbar sind, kann man sich ausrechnen, wo man ungefähr hinkommt. Dann ist die Frage, wer übernimmt welchen Anteil dieser Kosten? Und man muss natürlich sehr viel investieren. Das ist der Faktor, der momentan den Hemmschuh darstellt. Die Frage ist aber auch, wenn man E-Fuels als limitierte Ressource nach oben skaliert, wie soll man dann zwischen den Sektoren priorisieren? Da gibt es den Langstrecken-Lkw-Verkehr, den Schiffs-Verkehr, den Flugverkehr und dann kommt der Pkw-Verkehr. Wenn man global darauf schaut, dann liegt es nahe, dass man primär die Sektoren, für die Elektromobilität keine gangbare Alternative darstellt, mit synthetischen Kraftstoffen versorgt und der Pkw-Verkehr in der Priorität etwas nachgelagert kommt. Das ist aber eine Frage der Regulierung.

Würden Sie die Produktion eher zentral oder dezentral sehen?

Da man generell bei der Petrochemie, bei Kraftstoffen von sehr hohen Investitionen spricht, gibt es aus meiner Sicht im Wesentlichen nur zentrale Ansätze. Und dann eine Distribution über die Logistik. 

Zurzeit erreicht Audi eine Klimaneutralität durch die Einspeisung von E-Gas ins Netz und nicht durch die direkte Betankung. Sehen Sie hier qualitative Unterschiede zum CNG? Brächte auf die Fahrzeuge optimiertes Gas hier noch Vorteile? 

Also zunächst entspricht das E-Gas, das wir erzeugen von der Streubreite an verschiedenen, enthaltenen Kohlenwasserstoffen, hauptsächlich natürlich Methan, ziemlich genau dem, was die DIN-Norm für Erdgas vorgibt. Insofern ist das, was wir produzieren, dem sehr ähnlich, was auch im Erdgasnetz ist. Wenn man das direkt tanken würde, hätte man eher keinen Vorteil. Man kann es natürlich darauf anlegen, dem Erdgas mehr Wasserstoff zuzumischen oder andere Molekülketten mit höherem Sauerstoff-Anteil zu erzeugen. Da könnte man schon spielen, wenn man wollte, und dann nachher das Ganze exklusiv tanken. Der Aufwand ist aber ungleich höher, und ob sich das lohnt, ist die Frage. Da wäre es sinnvoller, Wasserstoff direkt ins Erdgasnetz beizumengen, das hätte den gleichen Effekt. Und das Schöne an der ganzen Lösung ist, dass ich mit dem Erdgasnetz einen quasi unendlichen Speicher habe. Ich kann auch regenerative Energie, egal wann sie anfällt, sofort in E-Gas umsetzen und in das Erdgasnetz einspeichern, das ist überhaupt kein Thema. Da habe ich keine Limitierung wie bei Pumpspeicherkraftwerken oder Batteriespeichern. 

Da sind wir beim Thema Blends, die auch bei Bestandsfahrzeugen zu Einsparungen führen können. Was halten Sie davon?

Sehr viel, das wird der Trichter sein, über den synthetische Kraftstoffe eingeführt werden. Wenn mal positiver Business Case entsteht, beispielsweise durch CO2-Zertifikate, dann ist es das Naheliegendste, das beizumischen. Die Technik ist dann rückwärtskompatibel, man muss bei den Antrieben nichts umstellen und hat sofort 100 Prozent Wirkung auf den CO2-Faktor, das schlägt sofort durch. 

Ist ihnen die Politik da nicht zu passiv? Nutzt sie die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten aus, Rahmenbedingungen zu setzen?

Das ist vielleicht eine Frage der Priorisierung. Die Politik ist ja im Moment massiv daran, die bestehende Technik sauber zu kriegen. Das heißt: Das ganze Thema RDE- und WLTP-Umsetzung hat eine hohe Priorität, ebenso die Förderung der Elektromobilität. Die Luftreinhaltungs-Programme für die Städte haben eine sehr hohe Priorität. Ich habe auch den Eindruck, dass das Thema E-Gas beziehungsweise synthetische Kraftstoffe ein bisschen nachgelagert sind. Wir versuchen, das auch durch Kommunikation nach vorne zu bringen.  

Herr Dr. Ardey, herzlichen Dank für das interessante Gespräch!

Mehr vom Interview mit Dr. Nikolai Ardey können Sie in der MTZ 9/2018 lesen. 

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