Brennstoffzelle im Auto : Zug ins Nirgendwo

Die unendliche Geschichte der Brennstoffzelle geht in die nächste Runde: Hyundai und Mercedes bringen 2018 Serienmodelle. Doch ist es in Zeiten immer günstiger werdender Batterien nicht zu spät für Wasserstoff im Auto?

Mercedes hat dem GLC auch eine Batterie eingebaut, um den Kunden die „Tankstellen-Angst“ beim Wasserstoff zu nehmen.

Foto: Daimler

Im Jahre 2011 veranstaltete Daimler eine groß angelegte Welttournee, auf der die Alltagstauglichkeit der automobilen Brennstoffzelle auf eine harte Probe gestellt werden sollte. Eine Flotte von elektrisch betriebenen Mercedes B-Klassen tuckerte nahezu lautlos um den Globus. Die Motoren wurden nicht von Batterien, sondern von Wasserstoff gespeist, der ähnlich wie Benzin nachgetankt werden kann. In einem aufwendigen Prozess wird der Wasserstoff an Bord zu elektrischer Energie umgewandelt und trieb die B-Klasse-Versuchsträger an.

Bereits seit den 80er Jahren dokterten die ingenieurgetriebenen Schwaben an dem Einsatz von Brennstoffzellen in Autos herum. Ein erster Proband, der MB 100 Transporter, benötigte noch seinen gesamten Laderaum als Minilabor, um die Technik unterzubringen. Es folgten zahllose Versuchsträger mit Namen Necar in Form von Kleintransportern, A- und B-Klassen und Bussen – doch zum Serienbetrieb reichte es nicht. Hier grätschten sich asiatischen Hersteller herein und ließen ihre Testflotten durch Japan, Korea und die USA surren.

Mercedes kündigte immer wieder den Serieneinsatz eines Brennstoffzellenautos an, blieb die Umsetzung aber bis dato schuldig. Zuletzt sollte es 2012/2013 soweit sein und eine Zusammenarbeit mit den beiden Herstellern Nissan und Ford sollte Rückenwind bringen. Doch die Kooperation wurde zum Rohrkrepierer und das Brennstoffzellenfahrzeug für jedermann blieb erst einmal in der Untertürkheimer Entwicklungsgarage.

„Wasser ist die Kohle der Zukunft“ fabulierte Jules Verne schon 1875 und verlieh der Hoffnung Ausdruck, die rußenden Dampfmaschinen könnten bald durch die gut 50 Jahre zuvor entdeckte Brennstoffzelle ersetzt werden. Die Geschichte schlug einen anderen Weg ein und Christian Schönbeins Entdeckung, wie man mit Platindrähten, Salzsäure und Wasserstoff Strom erzeugen kann, geriet in Vergessenheit. Erst in den 1950er Jahren kam die Brennstoffzellen-Technik wieder aufs Tapet, als Militär und Raumfahrt sich auf die Suche nach neuen, leistungsfähigeren Energiequellen machten.

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Schließlich fand auch die Autoindustrie gefallen am Wasserstoff: 1966 stellte GM mit dem Electrovan das erste Brennstoffzellen-Auto vor, 1994 folgte der NECAR1 von Mercedes: Ein Kleinbus, dessen kompletter Laderaum mit Tanks und Technik vollgestopft war. Gut ein weiteres Vierteljahrhundert – und zahlreiche, angeblich seriennahe Konzeptautos – später präsentieren die Stuttgarter jetzt den GLC F-Cell Plug-in-Hybrid. Ein Kompakt-SUV, das nicht nur über eine Brennstoffzelle (englisch: fuel cell) zur Stromgewinnung aus Wasserstoff verfügt, sondern auch über eine große Batterie, die an der Steckdose geladen werden kann.

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Die Brennstoffzellen-Einheit selbst nimmt nicht mehr Raum ein, als ein Vierzylinder-Motor. Gegenüber der B-Klasse F-Cell, mit der Mercedes in den vergangenen Jahren in einem groß angelegten Test Erfahrungen gesammelt hat, wiegt sie ein Viertel weniger und hat einen um 90 Prozent geringeren Platinverbrauch, was sich positiv auf die Kosten auswirkt; außerdem ließe sich die „genormte“ Baugruppe inzwischen problemlos in andere Autos, Lkw und Busse einbauen. Die Wasserstoff-Tanks sind beim GLC im Kardantunnel und unter der Rückbank montiert, der Stromspeicher sitzt im Kofferraum. Die Einschränkungen dadurch halten sich im Rahmen, der Stauraum ist etwas geringer, die Fond-Passagiere sitzen ein bisschen höher als üblich. Opfer, die Elektro-Pioniere sicher gerne bringen werden. Oder besser gesagt: Würden.

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Nur die wenigsten Interessenten werden nämlich in den Genuss des F-Cell-GLC, bei dem nur reines Wasser aus dem Auspuff tröpfelt, kommen: Einen freien Verkauf planen die Stuttgarter nicht, ab Ende des Jahres wollen sie erste Autos – zu noch nicht näher bezifferten Preisen – lediglich an ausgewählte Kunden übergeben, insgesamt nur eine vierstellige Zahl; also wohl kaum mehr als tausend. Potential für mehr wäre auf jeden Fall da: Der F-Cell-Stack aus circa 400 Brennstoffzellen wird in Nabern bei Stuttgart entwickelt, auf Herz und Nieren geprüft und gefertigt, und die Produktionskapazitäten könnten ohne weiteres erhöht werden; momentan werden allerdings nur wenige Einzelstücke pro Tag hergestellt. Und mit der Karosserie wird die Brennstoffzelle, wie jeder andere Motor, ohnehin erst im GLC-Werk in Bremen verheiratet, Produktionsengpässe sollte es also auch hier nicht geben.

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Dass Mercedes mit der F-Cell-Technik nicht so recht in die Gänge kommt – der GLC-Start war anfangs schon für 2017 angekündigt –, ist umso erstaunlicher, da sich das SUV bei einer ersten Runde auf dem Beifahrersitz als durchaus serienfertig präsentiert hat. Geräuschlos wie jeder andere Stromer surrt der 200 PS starke GLC durchs Land und tritt mit 350 Newtonmeter E-Auto-typisch kräftig an; die Höchstgeschwindigkeit ist bei dem weit über zwei Tonnen schweren F-Cell allerdings auf 160 km/h begrenzt und die Kraft geht lediglich an die Hinterräder, was im Alltag nicht wirklich negativ auffallen dürfte.

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Ob gerade die Brennstoffzelle Wasserstoff in Energie umwandelt oder sich der E-Motor an der 13,8 kWh großen Lithium-Ionen-Batterie bedient, merkt man nicht, und wie bei den anderen Plug-in-Hybriden von Mercedes hat man auch im GLC mehrere Fahrmodi: Man kann das Energiemanagement wie erwähnt dem Computer überlassen, den Brennstoffzellen- oder den Batteriebetrieb erzwingen, oder den Akku laden. Wozu letzteres gut sein soll, erschließt sich nicht: Während bei Verbrenner-Hybriden auf diese Weise auf der Autobahn Strom gesammelt werden kann, um später in der Stadt rein elektrisch zu fahren, fährt der F-Cell ja ohnehin immer nur mit Strom.

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Generell will Mercedes mit der Plug-in-Option den Kunden die „Tankstellen-Angst“ nehmen. Zwar dauert das Auffüllen der Wasserstoffvorräte nur wenige Minuten, noch gibt es in Deutschland aber nur 45 Tankstellen; 100 sollen es bis Ende des Jahres sein, 400 bis 2023. Dann soll auch entlang der Autobahn mindestens alle 90 Kilometer eine Zapfsäule kommen. Der Extra-Stromspeicher dient also als Backup: Rein theoretisch kann der GLC damit 49 Kilometer weit fahren, in der Praxis sind es wohl eher um die 30. Und er kann durch Rekuperation beim Rollen oder Bergabfahren wieder Energie einlagern.

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Ob sich diese Kombination durchsetzen kann, ist allerdings fraglich. Zum einen erhöht der zusätzliche Akku das Gewicht, zum anderen könnte der Platz auch für einen größeren Wasserstofftank hergenommen werden: Der GLC soll mit seinen 4,4 Kilogramm Wasserstoff (plus Stromspeicher) 437 Kilometer weit kommen – im aussterbenden NEFZ-Zyklus, auf der Straße ist mit deutlich weniger zu rechnen. Die Konkurrenz fährt hier um einiges praxistauglichere Reichweiten auf: Der Toyota Mirai schafft problemlos 450 Kilometer, der Hyundai Nexo – der ab Herbst den ix35 Fuel Cell beerbt – soll realistische 600 Kilometer fahren können. Der größte Unterschied zum GLC ist aber nicht mal die Reichweite, sondern die Verfügbarkeit: Die asiatischen Brennstoffzellen-Stromer kann nämlich jedermann für knapp 80.000 Euro beim Händler kaufen.

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„Die Brennstoffzellentechnologie ist integraler Bestandteil unserer Antriebsstrategie“, bricht Professor Christian Mohrdieck, Leiter des Bereichs Brennstoffzellensystem bei Daimler, eine Lanze für die Saubermann-Technik, „die Vorteile liegen für uns klar auf der Hand: Null Emissionen, hohe Reichweiten und kurze Betankungszeiten sowie ein breites Einsatzspektrum vom Pkw bis zu Bussen, anderen großen Nutzfahrzeugen und nicht zuletzt auch für stationäre Anwendungen.“

Doch wenn man sieht, wie Mercedes sich bemüht, den Kunden Lust auf die zukünftigen Modellen Elektroflotte EQ zu machen und wer die Milliardenaufwände kennt, die hinter der batteriebetriebenen Elektromobilität stehen, hat Zweifel daran, dass die Daimler-Verantwortlichen derart für das Thema Wasserstoff brennen. Stünde die Entscheidung zu der Entwicklung eines Brennstoffzellen-PKW heute an, würde die Antwort wohl nicht derart positiv ausfallen, wie vor Jahren. Hier wurde abgenickt, dass die SUV-Allzweckwaffe GLC nicht nur als Benziner, Diesel und Plug-In-Hybrid, sondern auch als Brennstoffzellenvariante angeboten werden sollte.

Das große Problem sind immer noch die Tankstellen

Das Paket stimmt und der Crossover ist mit einer Reichweite von fast 500 Kilometern allemal alltagstauglich, doch sind 160 km/h Höchstgeschwindigkeit für ein für seine Langstreckenqualitäten gelobten SUV nicht viel. Dass man GLC aus Platzproblemen seinen Allradantrieb nehmen musste, überzeugt ebenso wenig wie beim neuen Hyundai Nexo.

Doch nach wie vor liegen die größten Probleme der Fahrzeuge mit Brennstoffzelle nicht bei den Herstellern. Das Tankstellennetz in Deutschland ist ebenso dünn wie das in anderen Staaten. 45 Tankstellen reichen keinesfalls aus, um die Fahrzeuge konkurrenzfähig zu anderen Antriebskonzepten zu betreiben. Der Mercedes GLC F-Cell versucht die dünne Netzstruktur mit dem zusätzlichen Akkumodul des größeren GLE Plug-In-Hybriden zu lindern, was weitere knapp 50 Kilometer elektrischer Reichweite liefert.

Daran ändert auch die Tatsache nichts, dass sich die 700-bar-Tanks in drei bis fünf Minuten füllen lassen und der Tankvorgang nicht komplizierter ist als mit Diesel oder Benzin. Die Ankündigungen, dass sich die Tankstellensituation in den nächsten Jahren deutlich verbessert, hört man nicht zum ersten oder zweiten Mal. Das Invest ist hoch, denn eine Wasserstofftankstelle kostet je nach Anzahl der Zapfsäulen einen siebenstelligen Betrag.

„Die hohe elektrische Reichweite, kurze Betankungszeiten und die Alltagstauglichkeit eines SUV werden ihn zum perfekten Begleiter machen“, sagt Mercedes-Entwicklungsvorstand Ola Källenius, „möglich wird das erst durch die kompakte Bauweise unseres Brennstoffzellensystems. Ebenfalls eine echte Weltpremiere ist die Kombination mit einer großen zusätzlichen Lithium-Ionen-Batterie, die sich bequem per Plug-in-Technologie aufladen lässt.“ Doch während der neue Mercedes GLC F-Cell ab dem vierten Quartal 2018 allein in Deutschland und Japan als reines Mietmodell angeboten wird, ist der direkte Konkurrent Hyundai Nexo für rund 60.000 Euro auch käuflich zu erwerben.

Der Koreaner hat kein zusätzliches Akkupaket, das den Elektromotor mit Leistung versorgt. Mit einer Tankfüllung in den drei im Unterboden verborgenen Karbonbehältern schluckt der Koreaner 6,3 Kilogramm Wasserstoff und ermöglicht somit eine WLTP-Reichweite von rund 600 Kilometern, während die 4,4 Kilogramm Wasserstoff im GLC für 437 Kilometer reicht. „Wir haben in Korea gerade einmal elf Tankstellen, die Hälfte davon sind Forschungszapfsäulen“, so Sae Hoo Kim, Entwicklungsleiter des Hyundai Nexo, „wir bräuchten in unserem Land 80 bis 100, damit davon eine echte Initiative ausgeht. Doch insgesamt müssten es mindestens 400 sein.“ Diese Zahl soll bis 2023 auch in Deutschland existieren, doch der Drang die Zapfsäulen aufzubauen ist bisher allenthalben überschaubar.

„Im Jahre 2025 erwarten wir rund 20 Millionen Elektroautos, da die Steigerungen zuletzt bei 40 bis 50 Prozent pro Jahr lagen,“ erläutert Professor Werner Tillmetz, der sich seit 30 Jahren mit der Brennstoffzellentechnik befasst, „das wären rund ein Viertel aller neuen Autos. Dafür würde man 1.000 Gigawattstunden an Akkuleistung benötigen. Das sind 20 Gigafactories, von denen Tesla gerade eine hat mit einem riesigen Invest. Zudem gibt es die Rohstoffproblematik. Die Batterieprobleme hat die Brennstoffzelle nicht.“

Doch die Techniker dieser Welt haben die Brennstoffzelle schon seit vielen Jahren im breiten Serieneinsatz gesehen. Und es hapert nicht nur an der Lobby und Zapfsäulen, sondern eben auch an der Kundenakzeptanz. Der aufkommende Trend zu Elektroautos und Hybriden mit entsprechenden Akkureichweiten lässt das Problem für die automobile Brennstoffzelle eher größer werden lassen.

Und kaum ein Hersteller arbeitet derzeit mit echtem Hochdruck an dem Thema, da es teurer denn je ist, die aktuellen Verbrenner technologisch fit für die kommenden zehn Jahre zu machen und die Neuinvestitionen in den Bereich Elektroantriebe und Akkutechnik gigantische Summen verschlingen. So bleibt für die Brennstoffzelle nur ein vergleichsweise kleiner Teil der Investitionen über. Viele Hersteller haben sich von der Brennstoffzelle komplett verabschiedet und große, innovationsgetriebene Marken wie BMW, Audi, Volkswagen oder General Motors fahren den Bereich Wasserstoff zumindest bei den PKW auf kleiner Flamme.

Noch nicht geklärt ist zudem die Verwendung der alternden Brennstoffzellen-Stacks. „Bisher hielt unser Stack im Hyundai ix35 fünf Jahre“, erklärt Sae Hook Kim, „im Nexo sind es 5.000 Betriebsstunden oder zehn Jahre. Danach kann man ihn entweder mit geringerer Leistung anderweitig weiternutzen oder recyclen, wozu ich tendiere.“

So schwierig der Einsatz einer Brennstoffzelle im PKW aussieht, so realistisch ist eine Umsetzung im Schwerlastverkehr. Gerade den Anbietern von großen Lastwagen ist klar, dass ein Lastzug rein elektrisch angetrieben eine Batterie mit sich führen müsste, die mehrere Tonnen wiegt, um längere Strecken zurückzulegen. Gerade für schwere Lasten und lange Strecken böte sich die Brennstoffzelle daher an. Vielleicht kommt sie in Nutzfahrzeugen dann doch noch auf die Räder. Das würde den Daimler-Verantwortlichen gut passen, da die Technik des GLC F-Cell auf Transporter oder Lastwagen skalierbar ist.