Der Toyota Mirai und der Honda Clarity haben einen Brennstoffzellenantrieb.

Geduld ist eine nützliche Tugend. Fragen Sie Meister Yoda, den Jedi-Lehrer, oder einen Fußballfan mit FC-Bayern-Allergie, der sich etwas Abwechselung an der Spitze der Bundesligatabelle wünscht.

Einen langen Atem brauchen auch Unternehmen, die Brennstoffzellenantriebe für Pkw massenmarktfähig machen wollen. Schon vor 25 Jahren hat sich Daimler auf diesen Weg gemacht. Als ich 1997 interessante Beispiele für meine Dissertation über Systeminnovationen suchte, stellte der damalige Mercedes-Chef gerade das Necar 3 auf der IAA vor [→ Anm. 1]. Das dritte New Electric Car war nach zwei Prototypen im Transporterformat das erste Auto in Pkw-Größe mit Brennstoffzellenantrieb. “Mr. Mercedes” Jürgen Hubbert nannte das Jahr 2005 als Terminziel für ein Serienfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb. Müßig zu erwähnen, dass Mercedes die Führungsrolle anpeilte (“Wir wollen die Ersten sein”).

Schöne Aussichten für Brennstoffzellen als Alternativantrieb waren das kurz vor der Jahrtausendwende. Aber erstens dauert es länger und zweitens als man denkt. Zwei gravierende Schwächen der für mobile Anwendungen favorisierten PEM-Brennstoffzelle (PEM = Proton Exchange Membrane) ließen sich nicht wie erhofft überwinden. Für den Betrieb einer PEM-Brennstoffzelle braucht man Wasserstoff. Dazu noch Sauerstoff aus der Luft und eine beschichtete Membran als Elektrolyt, dann lässt sich chemische in elektrische Energie umwandeln. 2 H2 + O2 → 2 H2O + Strom.

Problem 1: Es gibt bisher nur vereinzelt Wasserstoff-Tankstellen. In ganz Deutschland sind es momentan nur ca. zwei Dutzend (→ h2stations.org). Benzin und Diesel kann man an 14.200 Stellen nachfüllen. Ulm bekommt laut einer Zeitungsmeldung vom August (→ swp.de) gerade seine erste Wasserstofftankstelle. Sie ensteht am Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) im Science Park auf dem Oberen Eselsberg.

Problem 2: Die Technik ist zu teuer. Anfang 2014 haben Unternehmenberater von Roland Berger eine Studie veröffentlicht. Die Herstellkosten für einen 90 kW-Brennstoffzellenantrieb schätzen sie bei einer Jahresproduktion von 3.000 Systemen auf 45.000 Euro. Der entscheidende Kostentreiber ist das als Katalysator gebrauchte Platin, von dem derzeit rund 40 bis 70 Gramm pro Antrieb erforderlich sind. Das Edelmetall ist aber selten und teurer als Gold. Konsequenz: “Erst wenn der Durchbruch zu platinfreien Systemen gelingt, können diese ein signifikantes Marktpotential erreichen”, so Wolfgang Bernhart, der Hauptautor der Berger-Studie.

Icon Icon

Trotzdem fahren jetzt drei asiatische Autobauer voran ins Brennstoffzellen-Zeitalter. Ohne viel Trara hat Hyundai einen Brennstoffzellenantrieb in ein ix35-SUV gesteckt. Toyota und Honda sind die Entwicklung grundsätzlicher angegangen. Die Modelle Mirai (Toyota) und Clarity Fuel Cell (Honda) wurden “konsequent um die Brennstoffzelle herum entwickelt”, schreibt der Motorjournalist Thomas Geiger in der FAZ [→ Anm. 2].

Geiger macht Honda für die Technik im Clarity schöne Komplimente. Das Fahrzeug sei “gegenüber dem Mirai das reifere, weiterentwickelte Auto”. Und weiter: “Den Unterschied macht dabei vor allem die Brennstoffzelle selbst, die Honda stärker komprimiert hat als jeder andere Hersteller: Rund ein Drittel des Volumens haben die Japaner durch optimierte Membranen gespart und den sogenannten Stack damit so weit geschrumpft, dass er zusammen mit der E-Maschine unter die Motorhaube passt. … Obwohl die Technik enger zusammen geht, kommt man damit etwas weiter: Genaue Messwerte stehen noch aus, aber rund fünf Kilo Wasserstoff sollen in die beiden Druckkartuschen passen und je nach Norm zwischen 480 und 700 Kilometer reichen. ‘Im Alltagsbetrieb deutlich mehr als 500 Kilometer’, scheint deshalb eine realistische Ansage. Für den Mirai liegt die offizielle Angabe dagegen bei nur 550 Kilometer.”

WWW-Link

Außerdem hat man bei Honda in puncto Infrastruktur mal ein Stück weitergedacht. Die Smart Hydrogen Station ist eine kleine Chemiefabrik für zu Hause. Man muss sie an eine Wasser- und eine Stromleitung anschließen, schon startet die H2-Produktion. Beim Warten auf den frischen Wasserstoff ist aber Geduld vonnöten. Für eine komplette 5-Liter-Tankfüllung ist die heimische H2-Station 2½ Tage in Aktion.

Der Honda Clarity soll 2016 in Japan auf den Markt kommen und wird umgerechnet rund 57.000 Euro kosten. Später ist er auch für den Export vorgesehen, soll also auch in Europa angeboten werden. Dort sind die ersten fünf Toyota Mirais schon im August dieses Jahres angekommen. Der Mirai wird für 78.540 Euro verkauft. Hyundai ist noch etwas weiter. Die Presseabteilung meldete vor Kurzem, dass in Deutschland bis zum Jahresende bereits 120 ix35 unterwegs sein würden. Die Reichweite pro Tankfüllung Wasserstoff beträgt laut Hyundai übrigens “knapp 600 Kilometer”. In Deutschland wird der ix35 Fuel Cell ab 65.450 Euro angeboten.

Toyota hat die größten Stückzahlen in Aussicht gestellt. Für dieses Jahr werden laut FAZ insgesamt 700, für 2016 3000 und für 2020 sogar 30.000 Brennstoffzellenautos angepeilt. Hyundai und Honda planen zurückhaltender. Und Mercedes? Entwicklungsvorstand Weber hat für 2018 ein SUV als erstes Brennstoffzellen-Serienfahrzeug angekündigt (→ autocar.co.uk). In den nächsten 5 und wohl auch 10 Jahren werden Autos mit Brennstoffzellenantrieb in der Neuzulassungsstatistik also nur in homöopathischen Dosen erscheinen.

Damit der Markt richtig “anspringt”, müssten (1) Herstellkosten und Preise weiter sinken, (2) das Netz der H2-Tankstellen deutlich wachsen und (3) strengere Emissionswerte vorgeschrieben werden. In der Studie “Boost!” haben Anfang 2011 McKinsey-Berater so eine Entwicklung als “Below 10”-Szenario durchgespielt (→ McKinsey-Studie “Boost!”). Dann wären im Jahr 2050 nur noch 10 g CO2 pro km zulässig. Bei einer solch drastischen Verschärfung ginge die Dominanz der reinen Verbrennungsmotorantriebe etwa 2030 zu Ende. Langfristig würden sich Batteriekonzepte bei kleineren Autos durchsetzen und Brennstoffzellen bei größeren.

Die langfristige Marktentwicklung für Brennstoffzellenantriebe wird stark von den politisch-rechtlichen Rahmenbedingungen beeinflusst. Sehr strenge CO2-Vorgaben (“Below 10”) würden Chancen eröffnen.

Der weit in die Zukunft gerichtete Zeithorizont hat mich an eine Story aus den 90er Jahren erinnert. Managementguru Tom Peters hat vor 25 Jahren eine nette Legende über die Ausdauer japanischer Firmen in die Welt gesetzt: “I’ve even heard that one giant Japanese firm has a 500-year plan. Perhaps the story is apocryphal — but, hey, who’s to say?” (→ tompeters.com). Die Protagonisten des BZ-Antriebs brauchen zwar keinen Plan für die nächsten 500, aber zumindest die nächsten 20 bis 30 Jahre.

Mögliche Anbieter, die nicht bis 2030 warten möchten, sollten sich auf die Suche nach spezielleren Anwendungsfeldern für BZ-Antriebe machen. “Disruptive” Technologien wie Brennstoffzellen können sich in Nischenmärkten mit besonderen Anforderungen eher durchsetzen als in Massenmärkten. Das ist die Kernaussage des Disruptive-Innovations-Konzepts von Clayton Christensen. Es wurde in diesem Blog schon mehrfach angesprochen.

WWW-Link

Das kümmerliche Netz der H2-Tankstellen ist kein Problem oder nur ein kleines, wenn Fahrzeuge dauerhaft in einem begrenzten Gebiet eingesetzt werden. Konkrete Beispiele sind Stadtbusse, kleine und große Nutzfahrzeuge an Flughäfen und Gabelstapler in Fabriken. Diese ortsgebunden eingesetzten Fahrzeuge brauchen keine große geografische Flexibilität. Wenn die lokale Versorgung mit Wasserstoff gewährleistet ist, kommt ein BZ-Antrieb grundsätzlich in Frage. Dass keine Abgase entstehen, kann gegenüber Antrieben mit Verbrennungsmotor einen wichtigen Vorteil darstellen, z. B. in Städten mit hoher Verkehrsdichte.

Mobile Anwendungsmöglichkeiten für Brennstoffzellen: Stadtbusse • ortsgebunden eingesetzte Transporter und Zugfahrzeuge • Hilfsantrieb für Fahrräder (Fotos: VDL Bus & Coach, Hymer, Bosch, BMW, Linde)

Als ehemaliger Mitarbeiter habe ich mich gefreut, dass Bosch in den letzten drei Jahren an der Entwicklung eines innovativen Elektro-Gepäckschleppers beteiligt war. Der ist mit einer Brennstoffzelle als Range Extender ausgerüstet, um bei Bedarf eine lange zeitliche Verfügbarkeit sicherzustellen. Wasserstoff tanken dauert nur 3 Minuten, die Batterie stationär aufzuladen aber Stunden. Bosch hat das Steuergerät (Fuel Cell Control Unit, FCCU) zum System beigesteuert. Insgesamt sind die Boschler aber zurückhaltend. Bei der IAA 2013 meinte Bosch-Chef Denner, er sähe “auf absehbare Zeit für die Brennstoffzelle keinen Durchbruch im Automobilbereich”. Reine Batterie-Elektroautos hätten eine bessere Energiebilanz.

Brennstoffzellenantriebe sind ein Beispiel für eine (mögliche) disruptive Innovation. Für den Pkw-Massenmarkt sind sie noch längst nicht reif. Realistischer ist die Verwendung in Fahrzeugen, die nur in einem kleinen Umkreis genutzt werden.

Bei Linde ist die Begeisterung für Wasserstoff- und Brennstoffzellen größer als bei Bosch. Linde versorgt Unternehmen mit Industriegasen und sieht sich als führend auf dem Gebiet des H2-Infrastrukturaufbaus. Rund 100 Wasserstoftankstellen hat Linde bisher in 15 Ländern aufgebaut. Linde-Ingenieure haben jetzt ein “H2-Bike” entwickelt. Bei diesem E-Bike wird der Hilfsmotor nicht von der üblichen Batterie, sondern von einer Brennstoffzelle “on board” mit Strom versorgt. Eine Pilotserie mit 100 Fahrrädern wurde produziert. Der Preis dürfte, so mutmaßt DIE WELT, “deutlich jenseits der 7.000 Euro liegen”. Ich vermute, mein nächstes Velo ist noch kein “H2-Bike”.

Wer sein H2-Bike liebt, schiebt. Oder was will die PR-Abteilung von Linde mit diesem Pressefoto sagen?

Anmerkungen:
[1] In der Dissertation geht es um die Initiierung von komplexen Systeminnovationen, an denen mehrere Unternehmen beteiligt sind. Brennstoffzellenangetriebene Autos sind ein sehr gutes Beispiel für eine mögliche Systeminnovation mit einem hohen Neuheitsgrad. Den Volltext von “Initiierung technologischer Systeminnovationen” findet man online → hier auf dem Server der Uni Erlangen-Nürnberg.[↑]
[2] Thomas Geiger ist der eigentliche Name des vermutlich schreibfleißigsten Motorjournalisten Deutschlands. Artikel für die FAZ schreibt er als “Tom Debus”. Spiegel-Lesern begegnet er als “Tom Grünweg”. Gelegentlich ist er auch “Benjamin Bessinger”. Der Mann hat VWs Plattformkonzept auf die Produktion von Zeitungs- und Zeitschriftenartikeln übertragen, wie man → hier auf meedia.de sehr schön nachlesen kann.[↑]

Verwandte Blog-Einträge:
Happy Birthday, Clayton Christensen!
Aus Anlass des 60. Geburtstags von Clayton Christensen erschien 2012 ein Posting über sein Disruptive-Innovations-Konzept. Es wird sowohl allgemein-theoretisch als auch anhand von zwei Beispielen erläutert (1: Flashspeicher für iPods, Flugschreiber und Notebooks; 2: elektrische Antriebe für Fahrräder, Motorroller und Autos).
Weiß-blaues Versuchsmaschinchen (Teil 3): BMWs i3 als disruptive Innovation
Im Rahmen einer 6-teiligen Serie über das i3-Elektroauto von BMW gab es 2013 dieses Posting über rein batteriegetriebene Autos als disruptive Innovation.
Leapfrogging à la Microsoft
Bei Toyota glaubt man offenbar nicht an einen Erfolg rein batteriegetriebener Elektroautos. Toyota beendete zum Jahreswechsel 2014/15 die Zusammenarbeit mit Tesla und kündigte an, sich auf die Brennstoffzelle als Herzstück zukünftiger Kfz-Antriebe zu konzentrieren. Diese Strategie des Überspringens einer einer technologischen Entwicklungsstufe, um sich auf ein überlegenes Zukunftsprodukt, eine fortgeschrittene Technologiegeneration oder eine ganz neue Technologie zu konzentrieren, nennt man Leapfrogging. Im Posting geht es um weitere Beispiel für gelungenes, misslungenes und versuchtes Leapfrogging.