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Warum Brennstoffzellen die Verkehrswende nicht auf Trab bringen

 

Seit dem Jahr 2005 sind vereinzelt Brennstoffzellen Fahrzeuge in Deutschland als Pkw zugelassen worden. In Summe sind seit 2005 insgesamt 613 Brennstoffzellen-Fahrzeuge in den knapp 14 Jahren zugelassen worden. Also das Sandkorn in der Wüste. Die Technik ist also alles andere als neu, sondern seit gut 15 Jahren im Markt. In der Zeit von 2009 bis 2014 war die Mercedes B-Klasse im Markt mit in der Summe 100 Neuzulassungen.

 

Seit 20015 bietet Toyota sein „Serienmodell“ Mirai als Brennstoffzellenfahrzeug in Deutschland an. Toyota selbst nennt es Serie. Seit 2015 wurden 216 Fahrzeuge neu zugelassen. Um daraus einen Hype zu machen braucht man schon ganz besonders viel Phantasie. Zusätzlich ist Hyundai mit den Fahrzeugen Nexo und ix35 in den Zulassungen mit 283 Neuzulassungen für beide Modelle zusammen seit 2015. Zwischenfazit: Es wird schon lange weltweit probiert, aber der Erfolg – den Toyota Serienangebot nennt – ist nicht erkennbar.

 

Wie groß ist jetzt die Chance aus Einzelstücke die große Verkaufszahl zu generieren? 

  • Kosten Fahrzeugpreis: Brennstoffzellenauto Das Brennstoffzellenfahrzeug ist nach heutiger Kostenstruktur keine Alternative. Die Technologie ist zu teuer, um erfolgreich sich im Markt zu positionieren. Der Preis des Toyota Mirai, ein Fahrzeug der VW Golf-Größe, liegt über 80.000 Euro. Unmöglich bei solchen Preisen echte Kunden zu finden. Selbst bei einen Kostenschnitt 50% wäre ein „Golf“ für 40.000 Euro unverkäuflich. Fazit: Zu teuer, um im Pkw-Markt umzusetzen.
  • Tankinfrastruktur Soll eine Technologie im Pkw-Markt erfolgreich sein, braucht es eine flächendeckende Tank- bzw. Ladeinfrastruktur. Eine H2-Tankstelle hat einen Preis um die eine Million Euro. Für eine flächendeckende Tankinfrastruktur sind 3.000 bis 5000 Tankstellen in Deutschland notwendig, was mindestens 3 Milliarden Euro (nur für Deutschland) an Tankstellinfrastruktur verschlingen würde. Dabei kann Deutschland nicht isoliert gesehen werden, sondern europaweit müßte diese Struktur aufgebaut werden, womit zweistellige Milliarden-Investitionen notwendig wären. Nachdem die Elektroladesäulen-Infrastruktur jetzt im Aufbau ist, wird es kaum Möglichkeiten geben EU-weit nochmals so intensiv in Tankinfrastruktur zu investieren. Die Tankinfrastruktur bracht den Fahrzeugbestand, also etwa die 47 Millionen Fahrzeuge, in Deutschland. Selbst bei einem zügigen Hochlauf der Verkäufe der Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind selbst nach 20 Jahren weniger als 4 Millionen Fahrzeuge auf der Straße. Kein Investor wird länger als 20 Jahre warten bis sich ein erster Break-Even einstellt. Ökonomisch ist damit die Tankinfrastruktur nicht darstellbar, selbst wenn wir mit 60% Kostenreduktion bei den heutigen Brennstoffzellenfahrzeugen kalkulieren würden. Ein Kompaktwagen würde damit bei etwa 30.000 Euro liegen. Das ist der Preis des vollelektrischen VW ID3.
  • Energie-Effizienz – hohe Tankkosten Die Energie-Effizienz von H2 und FCV (Brennstoffzellenfahrzeuge) ist „bescheiden“. Gehen wir von 100% regenerativer Energie- also Wind oder Solarstrom aus. Aus dem Strom wird dann H2 und aus H2 im FCV wieder Strom erzeugt. Der Verlust bei den Transformationsprozessen beträgt knapp 50%, sprich nur noch die Hälfte der ursprünglichen Energie kommt als Strom im FCV an. Bei der Umwandlung im FCV selbst ergibt sich nochmals Effizienzverlust, so dass letztendlich weniger als 25% der ursprünglichen Energie genutzt wird, um das Fahrzeug anzutreiben.

Bei batterieelektrischen Fahrzeuge liegt die Energie-Effizienz bei mehr als 70%. Mit anderen Worten, gemessen am Stromverbrauch wäre das FCV mehr als dreimal so teuer wie der Batterieelektrischen Fahrzeug. Immer natürlich unter der Annahme, dass grüner Wasserstoff mit dem gleichen Strompreis belastet wird wie der Strom den man direkt in die Batterie einleitet. Warum sollte ein doppelt so teures Fahrzeug wie das Batterieelektrische, das dreimal so viel Strom braucht ein Erfolgsmodell werden?

 

Batterien werden preisgünstiger

 

Bei Batterien werden deutliche Vorteile in der Kostenstruktur und in der Ladegeschwindigkeit erzielt werden. Porsche hat seinen Taycan mit Ladströme mit auf 800 Volt Ladespannung ausgerichtet, so dass 5-10 Minuten um 80% der Batterie nachgeladen ist. Also der Wettbewerb wird für das H2 Auto stärker. Nicht die heutigen Bedingungen gelten, sondern die kontinuierlich erreichten Verbesserungen in den nächsten Jahren.

 

Speicherung „überschüssiger“ Strom

 

Ein gerne verwendetes Argument lautet, dass grüner Wasserstoff mit Null- Kostenstrom erzeugt werden kann, quasi als Abfallprodukt, weil überschüssiger Strom zum Nullpreis abgegeben werden muss.

H2 ist ein Zwischenspeicher. Aber Zwischenspeichern kann man auch mit Autobatterien, wenn genüg am Netzt sind. Smart-Metering und Smart Grids sind hier die Entwicklungen. Dabei hilft ein intelligentes Preissystem, das per intelligenter Agent funktioniert, und den Strompreis steuert so, dass wir die Überschüsse auch hier sinnvoll nutzen können.

 

Brennstoffzellen-Pkw ökonomisch wenig überzeugend

 

Beim Pkw wird H2 und Brennstoffzelle „wenig“ erfolgreich sein. Die Brennstoffzelle ist keine neue Erfindung, sondern wird seit 100 Jahren im Chemieunterricht der Gymnasien gezeigt. Von Zeit zu Zeit wird sie bei den Autobauern wieder „ausgegraben“. Bei Nutzfahrzeugen und Bussen im Stadtbereich ist H2 sicher eine Möglichkeit. Da braucht es nur „wenige“ Tankstellen, schnelles Laden ist wichtig und 20.000 Euro im Preis des 40 Tonners unterzubringen ist nicht das Problem. Ferdinand Dudenhöffer

 

English version

 

According to the strategy papers and statements of the Federal Government, hydrogen is to become a "key raw material". Now that Germany has allowed itself to be overtaken in battery propulsion, the federal government wants to act more quickly in hydrogen technology. What are the benefits of hydrogen - or even green hydrogen - for transport modes? An analysis by our author Ferdinand Dudenhöffer.

 

Since 2005, a few fuel cell vehicles have been registered as passenger cars in Germany. Since 2005, a total of 613 fuel cell vehicles have been registered in just under 14 years. In other words, the grain of sand in the desert. The technology is anything but new; it has been on the market for a good 15 years. From 2009 to 2014, the Mercedes B-Class was on the market with a total of 100 new registrations.

 

Since 20015, Toyota has been offering its "series model" Mirai as a fuel cell vehicle in Germany. Toyota itself calls it series. Since 2015, 216 new vehicles have been registered. To turn it into a hype, you need a lot of imagination. In addition, Hyundai has been in registration with the Nexo and ix35 vehicles since 2015, with 283 new registrations for both models together. Interim conclusion: There have been trials worldwide for a long time, but the success - which Toyota calls a series offer - is not discernible.

 

How big is the chance now to generate a large number of sales from individual items? 

 

Vehicle price costs: fuel cell car The fuel cell vehicle is not an alternative according to today's cost structure. The technology is too expensive to position itself successfully in the market. The price of the Toyota Mirai, a vehicle the size of the VW Golf, is over 80,000 euros. Impossible to find real customers at such prices. Even at a cost average of 50%, a "Golf" for 40,000 euros would be unsaleable. Conclusion: Too expensive to implement in the passenger car market.

 

Tank infrastructure If a technology is to be successful in the passenger car market, a nationwide tank or charging infrastructure is needed. An H2 filling station costs around one million euros. A comprehensive tank infrastructure requires 3,000 to 5,000 filling stations in Germany, which would consume at least 3 billion euros (only for Germany) in filling station infrastructure. Germany cannot be seen in isolation, but this structure would have to be built up throughout Europe, which would require investments in the tens of billions.

 

Now that the electric charging station infrastructure is under construction, there will be hardly any opportunities to invest as intensively in tank infrastructure again throughout the EU. The tank infrastructure will bring the number of vehicles, i.e. about 47 million vehicles, into Germany. Even if the sales of fuel cell vehicles are rapidly ramped up, less than 4 million vehicles will still be on the road after 20 years. No investor will wait longer than 20 years until a first break-even is reached. Economically, the tank infrastructure is therefore not feasible, even if we were to calculate a cost reduction of 60% for today's fuel cell vehicles. A compact car would thus cost around 30,000 euros. That is the price of the fully electric VW ID3.

 

The energy efficiency of H2 and FCV (fuel cell vehicles) is "modest". Let's assume 100% renewable energy - wind or solar power. H2 is then generated from the electricity and H2 in the FCV is used to generate electricity again. The loss during the transformation processes is almost 50%, i.e. only half of the original energy arrives as electricity in the FCV. The conversion in the FCV itself results in a further loss of efficiency, so that ultimately less than 25% of the original energy is used to drive the vehicle.

 

The energy efficiency of battery electric vehicles is more than 70%. In other words, in terms of electricity consumption, the FCV would be more than three times as expensive as the battery electric vehicle. Always assuming, of course, that green hydrogen is charged with the same electricity price as the electricity fed directly into the battery. Why should a vehicle twice as expensive as the battery electric, which needs three times as much electricity, become a successful model?

 

Batteries are becoming cheaper

 

Batteries will have significant advantages in terms of cost structure and charging speed. Porsche has aligned its Taycan with charging currents of 800 volts charging voltage, so that 5-10 minutes is recharged by 80% of the battery. So the competition is getting stronger for the H2 car. Not the current conditions apply, but the continuous improvements achieved over the next few years.

 

Storage of "excess" electricity

 

A popular argument is that green hydrogen can be produced at zero cost, quasi as a waste product, because excess electricity has to be sold at zero cost.

 

H2 is a twin

 

But intermediate storage can also be done with car batteries, if there are enough batteries connected to the grid. Smart metering and smart grids are the developments here. This is helped by an intelligent pricing system that works via an intelligent agent and controls the electricity price in such a way that we can use the surplus in a meaningful way.

 

Fuel cell passenger cars not very convincing economically

 

For passenger cars, H2 and fuel cells will be "less" successful. The fuel cell is not a new invention, but has been shown for 100 years in chemistry classes at grammar schools. From time to time it is "excavated" again by car manufacturers. H2 is certainly a possibility for commercial vehicles and buses in urban areas. There it needs only "few" gas stations, fast loading is important and 20,000 euro in the price of the 40 ton is not the problem to accommodate. mei

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