Brennstoffzellen als Antrieb Warum Toyota auf Wasserstoff umschwenkt

Mit Hybridautos hat Toyota den Automarkt aufgerollt. Jetzt setzt der Konzern in großem Stil auf die Brennstoffzelle - und mit ihm ein ganzes Land.

Toyota 

Von Michael Specht


Ein Anfang zumindest ist gemacht. Täglich rollen etwa zehn Toyota Mirai aus der Produktionshalle im heimatlichen Japan. "3000 sind es im Jahr", sagt Entwicklungschef Kiyotaka Ise. Unter der recht eigenartig gestylten Karosserie des Kompaktwagens könnte nicht nur Toyotas Zukunft, sondern die der gesamten Autoindustrie stecken.

Der Mirai ist ein Brennstoffzellenauto. Das bedeutet, dass der Elektromotor des Toyotas mit Wasserstoff (H2) betrieben wird. Die Energie wird dabei an Bord produziert, indem in einer Brennstoffzelle der Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert. Als Abfallprodukt fällt Wasser an, Brennstoffzellenautos fahren also ebenso wie batteriebetriebene E-Mobile lokal emissionslos. Der Vorteil dieser Autos gegenüber der Akku-Elektrowagen: Sie haben schon jetzt eine Reichweite von 500 Kilometern und müssen nicht lange an der Steckdose geladen werden, der Wasserstofftank ist genauso schnell gefüllt wie der eines Autos mit Verbrennungsmotor.

Toyota Mirai
Toyota

Toyota Mirai

Honda, Hyundai und Mercedes - auch andere Hersteller produzieren H2-Autos in Kleinserie oder bringen bald Modelle auf den Markt. Aber keine andere Marke setzt so große Stücke auf die Technologie wie Toyota. Dem Riesenkonzern geht es dabei längst nicht nur um Pkw: "Wir glauben fest an eine Wasserstoff-Gesellschaft", sagt Toyota-Chef Akio Toyoda.

Ein Pilotprojekt namens Hama Wings

Wie die Gewinnung des Energieträgers funktionieren könnte, zeigt Toyota mit der in diesem Sommer eingeweihten Pilotanlage Hama Wings im Hafen von Yokohama. Ein Windrad erzeugt hier den Strom. Mit ihm wird Wasserstoff hergestellt, ein Gas, das elektrische Gabelstapler antreibt, in denen wiederum Brennstoffzellen stecken, wie sie auch der Mirai nutzt. Ein CO2-neutraler Prozess, getrübt lediglich durch den Spritverbrauch der beiden Hybrid-Tankwagen, die den Wasserstoff zu den insgesamt 40 Gabelstablern im nahen Umfeld bringen. Toyota hat deren Emissionen aber ehrlicherweise mit einberechnet.

Dem Akku-Elektroauto schwört Toyota nicht grundsätzlich ab: In Kleinwagen soll sie zum Einsatz kommen. Aber vor allem größere Pkw, Busse, Laster und Industriefahrzeuge sollen zukünftig mit Wasserstoff angetrieben werden. Der Clou an der Wasserstoff-Gewinnung durch Windkraft wie bei dem Projekt wie Hama Wings ist die hervorragende Klimabilanz: Gegenüber einem batterieelektrischen Stapler - dessen Strom aus dem öffentlichen Netz kommt und nur einen regenerativen Anteil von zwölf Prozent hat - soll die Brennstoffzellen-Variante 86 Prozent an CO2-Emissionen einsparen. Im Vergleich zu einem benzinbetriebenen Stapler sogar 94 Prozent.

Hinzu kommt, dass Japan so gut wie keine eigenen Ressourcen hat. Rohöl und Kohle müssen nahezu vollständig importiert werden. Wasserstoff dagegen ließe sich vor Ort herstellen.

Großer Auftritt bei den nächsten olympischen Sommerspielen

Wirtschaftlich ist das Hama-Wings-Projekt längst nicht im grünen Bereich. Wie viel ein auf diese Weise produziertes Kilogramm Wasserstoff letztlich kostet, vermochte weder Toyota noch der Betreiber Yokohama Wind Energy zu sagen. Das Ganze läuft mit finanzieller Unterstützung des Umweltministeriums.

Japans Regierung hilft auch kräftig bei einem weiteren Toyota-Projekt namens SORA. Die Buchstaben stehen für Sky, Ocean, River und Air (Himmel, Ozean, Fluss und Luft). Sie kleben an einem Brennstoffzellenbus, dessen Produktion im nächsten Jahr beginnen soll. 100 Exemplare sind zunächst geplant. Während der Olympischen Spiele 2020 in Tokio sollen Besucher darin emissionsfrei transportiert werden.

Zur Olympiade 2020 in Tokio will Toyota 100 SORA-Wasserstoffbusse einsetzen.
Toyota

Zur Olympiade 2020 in Tokio will Toyota 100 SORA-Wasserstoffbusse einsetzen.

Nähern sich eines Tages die SORA-Busse dem Preisniveau eines konventionellen Busses - derzeit kostet ein Brennstoffzellen-Exemplar mit umgerechnet 900.000 Euro fast viermal so viel - denkt die japanische Regierung darüber nach, sämtliche rund 35.000 Stadtbusse im Land auszutauschen. Zeithorizont: 2030 bis 2050.

Bis dahin sollte auch die nötige Infrastruktur aufgebaut sein. "Momentan haben wir in Japan etwa 90 Tankstellen für Wasserstoff. Bis 2020 erwarten wir 160, bis 2025 über 320", sagt Mirai-Entwickler Kiyotaka Ise. Zum Vergleich: Das Versorgungsnetz in Deutschland umfasst 41 Anlagen. Bis Ende 2018 will das Gemeinschaftsunternehmen H2 Mobility 100 Säulen aufgestellt haben, 2023 sollen es dann 400 Zapfsäulen sein.

Zweifel am Erfolg der H2-Strategie

Wasserstoff ist beileibe kein Wunderstoff. Er ist zwar nahezu unbegrenzt vorhanden, hat aber den Nachteil, als Gas nicht ungebunden in der Natur vorzukommen. In Raffinerien oder bei der Düngemittelherstellung ergibt sich Wasserstoff zwar als Nebenprodukt, weltweit entstehen so in der Großchemie rund 50 Millionen Tonnen davon. Grundsätzlich muss Wasserstoff aber unter großem Energieaufwand beispielsweise per Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden.

Von unabhängigen Beobachtern wird Wasserstoff deshalb nicht ohne Skepsis gesehen. Stefan Bratzel, Direktor des Center of Automotive Management (CAM) in Bergisch Gladbach, sieht vor allem auch beim Aufbau einer Infrastruktur gigantische Kosten auf die Versorgungsunternehmen zukommen: "Ein Pipeline-System existiert nicht, der Wasserstoff müsste stets per Lkw zu den Tankstellen gefahren werden. Und während eine Strom-Schnellladesäule rund 50.000 Euro kostet, schlägt eine Wasserstofftankstelle mit weit über eine Million Euro zu Buche."

Ein weiteres Problem bei Projekten wie der Pilotanlage Hama Wings: Windenergie hat den Nachteil, nicht konstant verfügbar zu sein. Um Flauten zu überbrücken, installierte Toyota deshalb 180 gebrauchte Batterien aus Prius-Modellen. Zu großen Paketen zusammengeschaltet, speichern die Akkus genügend Strom, um eine permanente Produktion von Wasserstoff sicherzustellen.

Die japanische Regierung macht sich jedoch bereits Gedanken darüber, wie auch bei hohem Bedarf eine ausreichende Versorgung garantiert ist. Die geplante Lösung klingt weit aufwendiger als die Verwendung ausrangierter Batterien: Wasserstoff soll zusätzlich mittels Sonnenenergie gewonnen werden. Allerdings in Australien. Verflüssigt und gekühlt soll er dann per Schiff nach Japan gebracht werden.

Anm.: Wir haben die Zahl der Tankstellen für Wasserstoff im Text von 30 auf 41 korrigiert.

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clausbremen 19.11.2017
1. Ganz ...
... erstaunlich. Der Direktor des CAM ist kein Freund der H2-Technologie und bemüht Äpfel und Birnen, um dagegen zu argumentieren. Kein Pipelinesystem für Wasserstoff? Haben Benzintankstellen ja auch nicht. Eine Million zu 50.000? Der Vergleich hinkt, weil die H2-Tankstelle im der gleichen Zeit ein Vielfaches an Kunden bedient während eine Ladesäule von nur einem Fahrzeug belegt ist.
marthaimschnee 19.11.2017
2. die Gegenargumente von Herrn Bratzel sind der vollkommene Witz
Ein Pipelinesystem für Benzin bis zu den Tankstellen existiert auch nicht, hält aber keinen davon ab, mit Benzin zu fahren. Und die Infrastruktur für eine H-Zapfsäule muß auch nicht erst gebaut werden, die Tankstellen existieren bereits, neuer Tank rein, neue Säule dazu, fertig. Das kostet vielleicht eine Million, wenn man die ganze Tankstelle neu baut. Im übrigen stellt sich die Frage, wann die in freier Wildbahn herumstehenden Stromzapfsäulen Opfer von Vandalismus werden. Zudem brauch die Dinger eine Anbindung an ein Datennetz, um die Abrechnung - bei der wie beim Ladestecker die Industrie mal wieder falsch macht, was falsch zu machen geht - durchzuführen. Auch das ist an Tankstellen bereits vorhanden. Nicht zuletzt dauert es auch weiterhin viel zu lange, bis Akkus, die zudem nur mäßig viel Kapazität haben, aufgeladen sind und das wird sich auch so schnell nicht ändern, schon weil die Möglichkeiten, mal eben 50 bis 100kW aus einer Stromleitung zu ziehen, nicht gerade reich gesät sind - sofern man den Akku dabei nicht grillt. Auch wird der Akkupreis eben nicht sinken, wenn die Nachfrage nach Akkus rapide zulegt, weil jeder sie in großen Mengen verbauen will. Daß die Produktion sowieso nicht hinterher kommt, zeigt Tesla ja auch gerade eindrucksvoll. Und über die Herstellung des notwendigen Stromes brauchen wir uns nicht zu unterhalten, der Punkt ist für beide Szenarien identisch. Der Hauptgrund für die Akku-Fixiertheit der deutschen Industrie - nachdem sie wohlgemerkt Jahre, Jahrzehnte keinen Finger gerührt hat, vom Verbrenner weg zu kommen - scheint schlicht und einfach Bequemlichkeit zu sein, sich nicht mit Alternativen befassen zu wollen. Die Japaner haben da viel weniger Berührungsängste, die haben schon früh und ohne Not Hybridsysteme eingesetzt oder auch alternative Verbrenner (Wankelmotor, der leider emissionstechnisch keine Zukunft hat) eingesetzt.
sven2016 19.11.2017
3.
An Brennstoffzellen wird seit den 70er Jahren intensiv geforscht. Es wäre schön, wenn diese als alternativer Weg zur Nutzung von Benzin/Diesel und elektrischer Energie für Antriebe endlich in die Produktionsstufe kämen. Muss ja nicht entweder/oder sein.
Desconocido 2 19.11.2017
4. Noch zu wenig effizient,
aber dass muss ja nicht zwingend so bleiben. Die Technik in den Fahrzeugen ist ja heute schon serienreif. Die größten Probleme die vor ein paar Jahren noch tiefe Temperaturen und Wasserstoffversprödung der Tanks waren sollen ja im Griff sein. Jetzt muss man Wege finden die Produktion, die Lagerung und die Distribution des Wasserstoffs besser zu machen. Es gibt in Deutschland interessante Ansätze: die so genannte Methanisierung. Hierbei wird Wasserstoff mit Co2 zu Methan umgewandelt ( das Co2 soll aus der Atmosphäre entnommen werden) und kann dann im Gasnetz gespeichert werden. Mit unseren riesigen Gasspeichern wäre damit Distribution und Lagerung problemlos. Also bleibt nur noch die Produktion... Ich denke dafür wird man auch noch eine Lösung finden wenn man nur will.
Dr. Clix 19.11.2017
5. Also wer Solarzellen auf dem Dach hat...
macht den Wasserstoff zuhause. Hat Nissan und Toyota schon BEWIESEN. 4X4M = 60km pro Tag. Bei 30 Jahren Haltbarkeit der Solarzelle kommt man immer zur Arbeit und zurück...nur verdient wird nur einmal.
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