H2-Lkw: Kommt jetzt der Wasserstoffhochlauf in Deutschland?

Wasserstoff im Straßengüterverkehr

Der Stoff der Träume

06.08.2024, 05:00 Uhr, aktualisiert 07.08.2024, 10:40 Uhr

KIEL

Wasserstoff gilt als der Kraftstoff der Zukunft. Die Fahrzeughersteller setzen darauf und haben bereits Brennstoffzellen-Lkw und Transporter auf den Markt gebracht. Auch Wasserstoff-Verbrenner werden entwickelt. Doch es fehlt noch der richtige Schub, um diesen Energieträger auf der Straße zu etablieren. Zu viele Hemmnisse bremsen den „Stoff der Träume“ aus.

Das Wasserstoff-Tankstellennetz für Lkw in Deutschland befindet sich im stetigen Aufbau und wird immer engmaschiger. | Foto: H2 Mobility

Die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle sind endlich und klimaschädlich. Der Stoff der Träume für die Zukunft heißt daher Wasserstoff. Doch auch das kleinste Element im Universum hat seine Tücken und steht nur über Umwege zur Verfügung. „Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers – Wasserstoff und Sauerstoff – werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“ Das prophezeite Jules Verne als französischer Schriftsteller von utopisch-abenteuerlichen Zukunftsromanen schon 1874. Er sollte Recht behalten. Rund 150 Jahre später scheint der edle Stoff, aus dem so viele Träume sind, endlich seinen Siegeszug anzutreten. Wasserstoff zählt zu den Energieträgern von morgen. Das hochexplosive Gas spielt beim Ersatz für fossiler Energieträger wie Erdgas, Öl und Kohle eine wichtige Rolle. Jedoch kommt es in der Natur nur in gebundener Form vor. Deshalb kann das leichteste Gas im Universum ähnlich wie auch Strom nicht einfach irgendwo abgebaut, gelagert und benutzt werden.

Wasserstoff-Herstellung verbraucht viel Energie

Das chemische Element H2 muss zuvor erst aus Rohstoffen wie Erdöl, Erdgas, Biomasse oder Wasser (H2O) sowie mit viel Energie von außen erzeugt werden. Das macht der chemische Prozess Elektrolyse. Sie wandelt elektrische in chemische Energie um, indem sie mit Hilfe von Strom die Ressource Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff trennt. Nachteil: Der Prozess ist mit hohen Energieumwandlungsverlusten verbunden. Zusätzlich ist aufgrund der geringen Dichte von Wasserstoff die Lagerung aufwändig. Zur sicheren Aufbewahrung muss das Gas entweder unter hohem Druck in Spezialbehälter verpresst oder in verflüssigter Form bei minus 253°C zwischengespeichert werden. Verluste bei Transport und Verteilung sind daher immer programmiert. Dafür ist der Energieträger Wasserstoff flexibel einsetzbarer und der Transport trotz hoher Explosivität beherrschbar.

Der hohe Aufwand für Herstellung, Lagerung und Transport hat seinen Preis. Aktuell muss man an Tankstellen in Deutschland je nach Wasserstoffsorte und vorhandenem Liefervertrag zwischen 9,50 und 15,75 €/kg Wasserstoff berappen. An vielen Großtankstellen soll „das Preismodell für die Kompensation gestiegener Beschaffungs-, Liefer- und Stationsbetriebskosten“ für einen stabilen Preis von 13,85 €/kg sorgen. Laut Analyse des britischen Energie-Beratungsunternehmens Aurora Energy Research könnte der Preis für grünen Wasserstoff aber schon bis 2025 auf rund 5,00 €/kg fallen und damit für Transportunternehmen attraktiv werden.

Kleine Farbenlehre: Grüner, blauer und grauer Wasserstoff etc.

Nur wenn der Strom für die Herstellung des Wasserstoffs aus erneuerbaren Energien stammt, spricht man von grünem Wasserstoff und die Bilanz ist am Ende wirklich klimafreundlich. Der meiste heute vorhandene Wasserstoff in Deutschland ist allerdings „Grau“, wird über Dampfreformierung oder Vergasung aus Kohle und Erdgas gewonnen und ist nicht klimaneutral. Auch „blauer“ Wasserstoff basiert auf diesen beiden fossilen Energieträgern. Hier erfolgt im Herstellungsprozess aber noch eine CO2-Abscheidung, was dem Endprodukt die Einstufung „Blau“ einbringt.

Der noch etwas umweltfreundlichere „türkise“ Wasserstoff entsteht durch Pyrolyse aus Erdgas. Bei der Pyrolyse wird das Methangas bei sehr hohen Temperaturen und unter Sauerstoffabschluss in Wasserstoff und festen Kohlenstoff aufgespalten. Der Kohlenstoff lässt sich wieder im Produktionsprozess verwenden oder deponieren. In diesem Verfahren fällt kein Kohlendioxid an. Die Methan-Pyrolyse ist erprobt und kann die noch begrenzten Elektrolyse-Kapazitäten auf sinnvolle Weise ergänzen. Sie benötigt nur ein Fünftel des Stroms bei gleichem energetischem Output in Form von Wasserstoff.

Die Nutzung des Brennstoffes Kohle als Energieträger produziert wiederum „braunen“ Wasserstoff. „Roter“ Wasserstoff ist Wasserstoff, der mithilfe von Kernenergie erzeugt wird. Die Herstellung ist zwar CO2-frei, aber das benötigte Uran bleibt eine fossile und nicht erneuerbare Ressource. Der CO2-Fußabdruck für die Stilllegung von Kernkraftwerken ist schwer abzuschätzen und die Endlagerung ungelöst. „Gelber“ Wasserstoff bezeichnet die Wasserstoffproduktion aus einer Mischung von erneuerbaren Energien und fossiler Brennstoffe. Von „weißem“ Wasserstoff spricht man, wenn er lediglich als Abfallprodukt anderer chemischer Verfahren entsteht. Der „orangene“ Wasserstoff stammt aus Bioenergie – etwa Biomasse, Biokraftstoff, Biogas oder Biomethan, die aus Abfällen und Reststoffen gewonnen wird. Bei der Verbrennung werden die darin gebundenen Treibhausgase freigesetzt. Daher ist die Klimagasbilanz zwar niedriger als die aus fossilen Brennstoffen, aber höher als bei grünem Wasserstoff.

Der Wasserstoffbedarf ist immens

Die Mengen an Wasserstoff, die Deutschland künftig braucht, sind gigantisch. Viele energieintensiven Branchen sehen in dem brennbaren Gas ihren Heilsbringer, um die hochgesteckten Klimaziele zu erreichen. So lechzt die Stahl- und Zementindustrie nach Wasserstoff zum Schmelzen von Eisenerz oder zum Kalkbrennen. Ebenso will sich die schwer zu elektrifizierende Luft- und Seefahrt an dem edlen Stoff bedienen. Und auch der Schwerverkehr auf der Straße baut neben reine Elektroantriebe auf Wasserstoff für emissionsfreie Transporte. Längst sind Brennstoffzellen-Lkw und Wasserstoff-Verbrenner in der Entwicklung und in Feldtests. So stellte jetzt MAN den ersten Lkw mit Wasserstoffverbrenner der Fachpresse vor. Auch Mercedes Benz hat schon den Unimog mit Wasserstoff-Verbrenner beim Mähen von Grünstreifen getestet.

Erste Wasserstoff-Trucks und Transporter

Bergauf unter Volllast muss die Brennstoffzelle im GenH2 Truck tüchtig ackern und stößt sichtbar Wasserdampf aus. | Foto: Daimler Truck AG

Mercedes-Benz hat seinen GenH2 Truck mit Brennstoffzelle schon in Versuchen über den Brenner gejagt und über 1.000 km ohne Nachtanken am Stück von Wörth nach Berlin geschickt. Zusammen mit Volvo Trucks entwickeln die Schwaben im Gemeinschaftsunternehmen Cellcentric sparsame Brennstoffzellen. Fahrbereit ist auch der von Paul auf Wasserstoff-Brennstoffzelle umgerüstete Mercedes-Benz Atego PH2P für 16 t zulässiges Gesamtgewicht im Verteilerverkehr, und Hyundai verkauft seine Xcient Fuel Cell-Lkw für bis zu 40 t Gesamtzuggewicht erfolgreich in der Schweiz, Deutschland und anderen Ländern. Bis 2026 sollen mindestens 1.600 Einheiten davon in Europa laufen. Auch Faun ist mit dem wasserstoffbetriebenen Bluepower-Müllsammler im Markt aktiv, Quantron sorgt mit der QHM FCEV-Sattelzugmaschine für Furore und Hyzon Motors verkauft seine H2-Schwerlaster Hymax-160, -250 und -450 in Deutschland und Österreich. Darüber hinaus sind bereits mehrere H2-Transporter wie Opel Vivaro-e Hydrogen, Citroën ë-Jumpy Hydrogen und Peugeot e-Expert Hydrogen aus dem Stellantis-Mehrmarkenkonzern am Start. Zudem entwickeln Lkw-Hersteller wie MAN, Volvo Trucks, DAF Trucks und Keyou bereits Wasserstoff-Verbrenner. Schon 2025 will MAN eine Kleinserie von Lkw mit solchen Motoren unter der Bezeichnung „MAN hTGX“ an europäische und außereuropäische Kunden ausliefern. Sie alle sollen mit mehr Reichweite, mehr Nutzlast und kürzere Tankstopps als batterieelektrische Fahrzeuge glänzen.

Der Opel-Vivaro-e Hydrogen verfügt über Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb ist in drei Minuten vollgetankt. | Foto: Opel Automobile GmbH

Grüner Wasserstoff soll importiert werden

Aber wo soll der viele Wasserstoff für alle herkommen? Die Bundesregierung will den Markthochlauf von Wasserstofftechnologien beschleunigen und ein Wasserstoffnetz aufbauen. Laut aktuell beschlossener Importstrategie für Wasserstoff soll ein Großteil des deutschen Wasserstoffbedarfs mittel- bis langfristig durch Importe aus dem Ausland gedeckt werden. Die Ziele treibt sie mit der Nationalen Wasserstoffstrategie (NWS) voran. Neben den Vorteilen für das Klima und die Versorgungssicherheit habe die künftige Wasserstoffproduktion das Potenzial für viele neu Arbeitsplätze. Laut Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) verbrauchte Deutschland im Jahr 2020 allein 55 Terawattstunden (TWh) Wasserstoff. Bis 2030 rechnet die deutsche Politik mit einem Anstieg des Wasserstoffbedarfs auf jährlich 95 bis 130 TWh. Zwischen 2030 und 2045 werde der Bedarf noch einmal erheblich größer sein. Schätzungen gehen davon aus, dass wir im Jahr 2050 bis zu 800 TWh oder rund 500 Millionen Tonnen Wasserstoff brauchen. Und der soll ausnahmslos aus erneuerbaren Energien stammen.

Flächendeckende Infrastruktur für Wasserstoff fehlt

Die Nachteile von grünem Wasserstoff liegen in den derzeit noch hohen Kosten, der fehlenden flächendeckenden H2-Infrastruktur und dem hohen Strom- und Energiebedarf für die Herstellung. Um 1 kg Wasserstoff zu erzeugen, benötigt es rund 53 kWh Strom. Laut Prognosen könnten die Erzeugungskosten von grünem Wasserstoff bis 2030 aber um ein Drittel bis zur Hälfte und bis 2050 um rund zwei Drittel gegenüber dem derzeitigen Niveau sinken. Dafür bedarf es allerdings den zügigen Ausbau von erneuerbaren Energien. Deutschland will bis 2045 klimaneutral werden. Dafür kommt neben der Elektrifizierung von Prozessen insbesondere grünem Wasserstoff für energieintensive Prozesse eine bedeutende Rolle zu. Bis 2030 soll sich der Anteil der erneuerbaren Energien in weniger als zehn Jahren fast verdoppeln – ausgehend vom Jahr 2021. Die Ausbaugeschwindigkeit müsste sich dafür aber verdreifachen. Das scheint kaum machbar. Deutschland kann grünen Wasserstoff deshalb nicht selbst in der benötigten Menge herstellen. Dazu fehlt es an genügend erneuerbarem Strom. Importe sind daher unumgänglich. Die sollen über Pipelines und Schiffe gedeckt werden. Immerhin will die Bundesregierung bis 2030 eine Elektrolysekapazität von mindestens 10.000 MW aufbauen und bis 2027/2028 ein rund 1.800 km langes Leitungsnetz in Deutschland aus dem Boden stampfen. Europaweit kommen noch einmal zirka 4.500 km Pipeline hinzu. Nur rund ein Drittel der Leitungen wäre neu zu errichten. Viele existierende Erdgasleitungen lassen sich auf Wasserstoff umrüsten.

Der Bau einer Hochleistungs-Wasserstofftankstelle für Lkw dauert über ein Jahr und kostet rund 2,5 Mio. Euro. | Foto: H2 Mobility

Wasserstoff-Herstellung: Viele Akteure im Markt

Zu den großen Elektrolyseuren, die Wasser in Wasser- und Sauerstoff aufspalten, zählt beispielsweise Nobian mit Sitz in Amersfort. Das niederländische Unternehmen produziert im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen in Sachsen-Anhalt pro Jahr etwa 2.700 t grünen Wasserstoff. Im Hybridprozess entstehen außer Wasserstoff auch noch Chemikalien wie Chlor und Natronlauge, was den Wirkungsgrad von 90% hebt. Der erzeugte Wasserstoff wird über ein Pipelinenetz an Kunden geliefert, die damit ihren bislang grauen Wasserstoff ersetzen. Auch ThyssenKrupp plant den Bau von Elektrolyseuren mit einer Gesamtleistung von 500 MW am Standort Duisburg, um die Eisenherstellung umweltfreundlicher zu gestalten. Hier dürfte das eigene Tochterunternehmen Nucera als Lieferant zum Zuge kommen. Salzgitter Stahl geht einen ähnlichen Weg und bestellte beim österreichischen Hersteller Andritz eine 100-MW-Elektrolyseanlage. Ab 2026 soll der Elektrolyseur rund 9.000 t grünen Wasserstoff pro Jahr für die Stahlherstellung erzeugen. Und schon bald geht die 10-MW-Elektrolyseanlage für den Stahlhersteller ArcelorMittal Bremen in Betrieb, der von der Apex Group in Rostock-Laage beliefert wurde.

Klimafreundlicher Kraftstoff aus Schleswig-Holstein

Auch Shell gehörte zu den Ersten, die grünen Wasserstoff in Deutschland herstellten. Im Energy and Chemicals Park Rheinland in Wesseling bei Köln läuft eine 10-MW-Elektrolyseanlage, der pro Jahr 1.300 t Wasserstoff erzeugen kann und für die Industrie sowie für die Mobilität gedacht ist. Und im schleswig-holsteinischem Reußenköge geht es bei GP Joule Hydrogen zur Sache. Das Unternehmen hat beim spanischen Hersteller H2B2 fünf 2-MW-Elektrolyseure bestellt, die 2024 in Betrieb gehen. Damit will das Unternehmen klimafreundlichen Kraftstoff herstellen, eigene Tankstellen mit Wasserstoff beliefern und den Schwerlastverkehr auf der Straße bedienen.

Die Lkw-Wasserstofftankanlage in Erlangen arbeitet mit 350 bar Systemdruck. | Foto: H2 Mobility

100 H2-Tankstellen in Deutschland

Damit der Wasserstoff in die H2-Lkw kommt, bedarf es eines flächendeckenden Tankstellennetzes. Derzeit kann an 167 Tankstellen in Europa Wasserstoff bezogen werden. 55 weitere befinden sich in Aufbau. Allein in Deutschland gibt es rund 100 Stationen, an denen Wasserstoff getankt werden kann. Die befinden sich vornehmlich in Ballungszentren sowie entlang von Fernstraßen und Autobahnen. Doch nicht alle davon sind auch für schwere Lastwagen geeignet. Während Pkw und Transporter bis zu 8 kg Wasserstoff bei 700 bar pro Tankstopp auftanken, strömen bis zu 80 kg Wasserstoff meistens nur bei 350 bar in die Tanks der Lkw und Busse.

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Daimler setzt auf flüssigen Wasserstoff

Der Mercedes-Benz GenH2 Truck im Feldversuch benötigt tiefgekühlten, verflüssigten Wasserstoff in seinen Tanks. | Foto: Daimler Trucks

Hinzu kommt, dass nicht alle Hersteller auf gasförmigen Wasserstoff setzen. Daimler zum Beispiel favorisiert den tiefgekühlten Flüssigwasserstoff mit hoher Energiedichte, der Reichweiten wie beim Diesel-Lkw verspricht. Doch dafür gibt es derzeit kaum Tankstellen. Eine erste solche öffentliche Tankanlage mit sLH2-Betankungstechnik von Linde Engineering ist nahe dem Daimler Truck Entwicklungs- und Versuchszentrum in Wörth entstanden. Hier speichert ein in den Himmel ragender Gastank rund 4,4 t Flüssigwasserstoff. Das reiche für ein kontinuierliches Betanken über zehn Stunden mit höchstens 7 bis 16 bar Druck, bis wieder ein Tankfahrzeug mit Flüssigwasserstoff an Bord nachlädt. Eine zweite Tankstelle dieser Bauart soll im Raum Duisburg ans Netz gehen. Das US-Unternehmen Air Products nimmt am Praxistest mit den Mercedes-Benz GenH2 Truck teil und kündigt Pläne für ein europäisches Wasserstoff-Tankstellennetz an. Entlang wichtiger Verkehrskorridore soll ein Netz von permanenten, multimodalen Wasserstofftankstellen mit hoher Kapazität, mehrere Betankungsdruckstufen und eine Vor-Ort-Speicherung von Flüssigwasserstoff entstehen.

Hyundai verkauft seinen Xcient Fuel Cell mit Wasserstoffantrieb und für 40 t Gesamtzuggewicht auch in Deutschland. | Foto: Hyundai

Wasserstoff-Subventionen auf Eis gelegt

Vorreiter im Aufbau des Wasserstoffnetzes in Deutschland sind aber Unternehmen wie H2 Mobility, Air Liquide, Total, H2 Green Power & Logistics, Mint Hydrogen oder Hypion. Sie haben bereits Hochleistungs-Wasserstofftankstellen für Lkw und Busse mit gasförmigem Treibstoff im Tank in Neumünster, Düsseldorf, Braunschweig, Magdeburg, Potsdam, Dresden, Leipzig, Erfurt sowie in Baden-Württemberg am Autohof Hartheim-Bremgarten (A5), am Autohof Aichstetten (A96) und am Autohof Crailsheim/Satteldorf (A6) – um nur einige zu nennen – erstellt oder in die Planung aufgenommen. Weitere sollen sukzessiv folgen – sofern die Politik mitspielt und solche Projekte fördert. Schließlich kostet eine Hochleistungs-Wasserstofftankstelle für Lkw Schätzungen zufolge rund 2,5 Millionen Euro, und der Bau dauert zwischen 12 und 20 Monaten. Da kam die Nachricht vom Einfrieren der Wasserstoffförderung seitens des Bundesverkehrsministeriums zur Unzeit. Die Bewilligung von Fördermaßnahmen seien nicht grundsätzlich gestoppt. Aber bis auf Weiteres dürfen keine neuen Wasserstoff-Förderbescheide bewilligt oder neue Verträge eingegangen werden. Hintergrund sind Ungereimtheiten bei der Fördermittelvergabe, die jetzt erstmal untersucht und aufgeklärt werden müssen. Das dürfte den Siegeszug des Wasserstoffs etwas ausbremsen, aber – wie schon Jules Verne ahnte – kaum aufhalten.

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