Ist China mit der Brennstoffzellentechnologie wieder Vorreiter? PwC China Compass

Der Brennstoffzellenantrieb bietet viele Einsatzmöglichkeiten

Hybrid- und Batterieantriebe werden seit geraumer Zeit gesteigert nachgefragt und als eine zentrale Stütze bei der Erreichung der CO₂-Ziele wahrgenommen. Dagegen fristet der Antrieb durch Brennstoffzellen ein Schattendasein. Obwohl immer wieder als potenzieller Antrieb der Zukunft proklamiert, hat sich diese Technologie nicht durchsetzen können. Gründe dafür sind die Kosten und der aufwendige Aufbau der notwendigen Infrastruktur. Das Beispiel der reinen Batteriefahrzeuge zeigt: Die auch hier unabdingbare Infrastruktur und der technologische Fortschritt können nur durch entsprechenden Einsatz und politischen Willen geschaffen werden. Das Gleiche gilt auch für den Brennstoffzellenantrieb.

Transformation des Fahrzeugantriebs

Die gesetzlichen Vorgaben zur Reduktion der CO₂-Emissionen sind der wesentliche Treiber bei der Einführung alternativer Antriebssysteme. Nachhaltig kann dieses Ziel nur durch die Einführung emissionsfreier Antriebsformen erreicht werden, aber die praktische Umsetzung stockt – trotz aller Vorgaben. Dafür gibt es handfeste Gründe: Fahrzeuge mit elektrischen Batterien eignen sich nicht für alle Anwendungen und haben massive Nachteile. Dazu zählen erhöhte Kosten, eingeschränkte Nutzbarkeit durch lange Ladezeiten und geringe Reichweiten im Vergleich zum Verbrennungsmotor.

Wer ihre Attraktivität erhöhen will, muss zunächst das Ungleichgewicht bei den Kosten aufheben. Erst bei einer positiven Betrachtung der Gesamtkosten werden die weiteren Kaufanreize zu einem Anstieg der Bestellungen und Verkäufe führen. Während bei den Batteriefahrzeugen die Kriterien Reichweite und Ladedauer die Entscheidung für einen Kauf bremsen, kann der Brennstoffzellenantrieb gerade bei diesen Faktoren überzeugen. Aus diesem Grund geht die Studie näher auf ihn ein und entwickelt ein Zukunftsszenario für 2030. 

Eine Hochrechnung, die die zukünftige Entwicklung der Kosten in der Brennstoffzellentechnologie bis 2030 veranschlagt, macht deutlich: In gut zehn Jahren werden die Vorteile dieses Antriebs im Bereich von Premiumfahrzeugen mit einer hohen Reichweite bis zu 800 Kilometern zum Tragen kommen. Mit Blick auf die Emissionsfreiheit ist der Antrieb mit einer Batterie die bessere Option für die Kurz- und Mittelstrecke. 

Erste Pkws, Lkws und Omnibusse mit Batterieantrieb werden zum Teil bereits in Serie produziert und sind verfügbar. 

Da Brennstoffzellen die Stillstandszeiten der Fahrzeuge auf ein Minimum reduzieren, ist ihre Anwendung für Nutzfahrzeuge interessant, die über 600 Kilometer pro Tag zurücklegen. Wasserstoff zu tanken geht ähnlich schnell vonstatten wie das Tanken von Benzin oder Diesel bei konventionellen Antrieben. In Verbindung mit der erzielbaren Reichweite pro Tankvorgang ist das ein deutlicher Vorteil gegenüber den Batteriefahrzeugen. Darüber hinaus liegt die Nutzlast, die ein Lkw als Fracht aufnehmen kann, auf einem ähnlichen Niveau wie bei traditionellen Fahrzeugen mit Dieselantrieb.

Obwohl die Vorteile der Brennstoffzelle im Nutzfahrzeug in Bezug auf optimierte Zuladung und kurze Tankzeiten auf der Hand liegen, steht diese Technologie erst am Anfang ihrer Entwicklung. Während bei Nutzfahrzeugen Antriebsformen wie Batterie oder Hybrid und mit Erdgas bereits in Serie hergestellt werden, gibt es für den Antrieb mit Brennstoffzellen zurzeit nur Versuchsfahrzeuge, die ihre Praxistauglichkeit erst im Feldtest beweisen müssen.

Herausforderungen und Hindernisse

Hybrid- und Batterieantriebe werden seit geraumer Zeit gesteigert nachgefragt und als eine zentrale Stütze bei der Erreichung der CO₂-Ziele wahrgenommen. Dagegen fristet der Antrieb durch Brennstoffzellen ein Schattendasein. Obwohl immer wieder als potenzieller Antrieb der Zukunft proklamiert, hat sich diese Technologie nicht durchsetzen können. Gründe dafür sind die Kosten und der aufwendige Aufbau der notwendigen Infrastruktur. Das Beispiel der reinen Batteriefahrzeuge zeigt: Die auch hier unabdingbare Infrastruktur und der technologische Fortschritt können nur durch entsprechenden Einsatz und politischen Willen geschaffen werden. Das Gleiche gilt auch für den Brennstoffzellenantrieb. 

Der Zeitvorsprung des Batterieantriebs verschafft ihm eine bessere Ausgangsposition für die Phasen zwei und drei. Das gilt auch für die Brennstoffzellen. Neben den Herausforderungen bei den Kosten der Technologie im Fahrzeug ist der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur das aktuell größte Hindernis für eine flächendeckende Einführung.

Wasserstofffahrzeuge müssen attraktiver werden

Die Erweiterung der Wasserstoffinfrastruktur um den Faktor 20 in den Jahren 2017 bis 2030 erfordert erhebliche Investitionen. Das kommt dem Kraftakt gleich, der aktuell für den Aufbau der Ladeinfrastruktur für Batteriefahrzeuge notwendig ist. Der Markt wird das Angebot erst dann akzeptieren, wenn die notwendigen Voraussetzungen für eine „Verbrennerparität“ geschaffen sind. Das bedeutet: Mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge müssen, was Tankvorgang, Reichweite und Nutzbarkeit betrifft, ähnlich attraktiv sein. Bei Batteriefahrzeugen sind hier noch systemtechnisch deutliche Einschränkungen erkennbar, die auf Brennstoffzellenantriebe nicht zutreffen.

Trends bei den Stückzahlen

Die zu erwartenden Stückzahlen für Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb unterscheiden sich bei Personen- und Lastkraftwagen erheblich. Brennstoffzellenantriebe können ihre wesentlichen Vorteile bei einer täglichen Nutzung mit hohem Reichweitenbedarf ausspielen. Das trifft in hohem Maß auf Nutzfahrzeuge zu. Bei Personenkraftwagen beträgt die durchschnittliche tägliche Fahrstrecke rund 50 Kilometer pro Fahrzeug und ist somit für die Anwendung von Batterieantrieben prädestiniert. Das Volumen für Brennstoffzellenantriebe wird sich deshalb, was Pkws betrifft, nur geringfügig erweitern. Die wesentlichen Antriebstypen im Jahr 2030 werden Batterie-, Hybrid- und konventionelle Antriebe sein.

Die Zukunft der Brennstoffzellen liegt bei den Nutzfahrzeugen

Ein komplett anderes Bild ergibt sich beim Blick auf die Nutzfahrzeuge. Der Bedarf an ausreichend hoher Reichweite ist ein wesentlicher Indikator für den Einsatz dieser Technologie. Dementsprechend sind auch die Prognosen für den Einsatz von Brennstoffzellen in Nutzfahrzeugen deutlich positiver. Bis 2030 ist ein Anteil von rund sechs Prozent zu erwarten. Gegenwärtig werden noch keine Serienfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb angeboten. Die ersten sind für die erste Hälfte des nächsten Jahrzehnts angekündigt worden. 

Für die westliche Welt ist die Brennstoffzellentechnologie vor allem für Nutzfahrzeuge relevant. Um sie weiter voranzutreiben, gilt es, zwei zentrale Herausforderungen zu meistern: die Errichtung und den Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur und die Senkung der Kosten für den Antrieb. Erst wenn diese Aufgaben bewältigt sind und dem Anwender Gesamtbetriebskosten geboten werden, die dem traditionellen Antrieb nahekommen, kann der Brennstoffzellenantrieb erfolgreich im Markt eingeführt werden.

Chinas Weg

Wer verstehen will, wie entschlossen China die Brennstoffzellentechnologie vorantreibt, sollte sich mit den Zielen der letzten beiden Fünfjahrespläne beschäftigen. Beide betrachten die gesamte Wertschöpfungskette, die mit den verschiedenen Möglichkeiten zur Gewinnung von Wasserstoff beginnt. Die Unterauslastung der Windparks und die damit verbundene Möglichkeit, den aktuell nicht verwertbaren Strom zur Gewinnung von Wasserstoff zu nutzen, ist der erste Schritt, um eine nachhaltige Wasserstoffinfrastruktur auszubauen. 

2018 stellte das Ministerium für Wissenschaft und Technologie über 70 Millionen US-Dollar für nationale Forschungsprojekte zu Wasserstoff und Brennstoffzellen zur Verfügung. Im Gegensatz zu einem ähnlichen Vorstoß im Jahr 2017 wurden mit diesen Mitteln vor allem fortgeschrittene Industrieunternehmen gefördert. Das unterstreicht den Willen der Regierung, die Industrialisierung zu beschleunigen. Dementsprechend hat sie auch die Ziele für die Einführung von Wasserstofftankstellen und Fahrzeugen bis 2030 formuliert. Auf der Grundlage der nationalen Pläne entwickelten mehrere Regionen und Städte lokale Strategien.

Infolge dieser disparaten Einflüsse entstehen lokale Wasserstoffökosysteme in Gebieten mit reichlich Wasserstoff, was in Verbindung mit mangelnder nationaler Integration zu heterogenen Entwicklungen führt. Ergänzend haben sich Ehrgeiz und Dynamik im letzten Jahr verstärkt. Durch die Wiederaufnahme eines Programms für Brennstoffzellenautos will die Regierung dazu beitragen, dass die enormen Mengen an ungenutzter Energie aus erneuerbaren Energiequellen erschlossen werden. Mit ihr könnte Wasserstoff hergestellt werden, der gespeichert und transportiert werden kann. Chinas vehementes Engagement für (vorerst) ungenutzte Wasserstofftankstellen inklusive der dazu notwendigen Anlagen ist ein Beleg für seine Bereitschaft, in Infrastrukturen ohne unmittelbaren Markt zu investieren. Letztendlich erfordert die Umsetzung der Pläne die Überwindung erheblicher technischer und marktwirtschaftlicher Hürden. Chinas Erfolg beim Aufbau einer Elektrobatterieindustrie hat gezeigt, dass es in dieser nächsten Stufe der Dekarbonisierung des Verkehrs die entscheidenden Initiativen starten kann. Für chinesische Investoren öffnet sich damit ein Markt, der es wert ist, genauer unter die Lupe genommen zu werden.

Für den Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur sind umfangreiche Investitionen notwendig

Führungskräfte aus der Industrie und Wissenschaftler in China haben die Regierung aufgefordert, die Technologie der Wasserstoffbrennstoffzellen aufgrund ihrer Eignung für Nutzfahrzeuge nachhaltig zu unterstützen. Als weiterer Indikator kann dienen, dass Toyota plant, Brennstoffzellenkomponenten an Chinas Nutzfahrzeughersteller zu liefern.

Fazit

Die Wasserstofftechnologie wird in China von nationalen und regionalen Initiativen getragen und ist weit fortgeschritten. Durch die konzertierte Wiederaufnahme der Aktivitäten zur Weiterentwicklung ist davon auszugehen, dass diese Technologie einen deutlichen Schub erhalten wird. Aktuell hat China noch keinen Vorsprung im globalen Wettbewerb, wird aber mit Sicherheit schon bald deutliche Fortschritte erzielen.