Kaiserslautern 
Uni-Forscher zu Wasserstoff-Fahrzeugen: „Brauchen eine Alternative zu Strom“
Von der Kohle der Zukunft hat Jules Vernes 1875 in einem Roman beim Thema Wasserstoff geschrieben. Er glaubte daran, dass das Wasser – durch Elektrizität in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt – einmal die Energieversorgung der Erde sichern werde. 150 Jahre später arbeiten Professoren, Fahrzeughersteller und Forschungsinstitute daran, große Nutzfahrzeuge mit Wasserstoff anzutreiben. Auch an der RPTU.
Michael Günthner leitet den Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Bis vergangenes Jahr lief bei ihm auf dem Motorenprüfstand auch ein auf Wasserstoffbetrieb umgebauter Erdgasmotor für einen Unimog. Dass ein solcher Vorteile gegenüber dem Betrieb mit fossilen Brennstoffen bieten würde, davon ist der Professor überzeugt. Denn bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht in erster Linie Wasser. Kohlenstoffbestandteile sind in den Abgasen nicht enthalten, also auch kein klimaschädliches CO2. Auch Ruß-Partikel, wie bei unverbranntem Diesel, gibt es so nicht. „Deswegen machen wir es ja“, sagt Günthner. Denn die Wasserstoffantriebe sollen dabei helfen, den Verkehr und die Industrie mit ihren Baumaschinen klimaneutraler zu machen. „Stickstoffoxide sind aber schon noch in den Abgasen“, schränkt Günthner ein. Die sind insbesondere für Asthmatiker kritisch und müssen deshalb nachbehandelt werden, bevor sie den Auspuff verlassen, erklärt er.
Unimog fährt mit Wasserstoff
„In unserem Projekt ging es grundsätzlich darum, wie ein vorhandenes Nutzfahrzeug wie der Unimog auf ein wasserstoffbasiertes Antriebssystem umgerüstet werden kann. In dem Fall nicht mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle, sondern mit einem Wasserstoffmotor“, erklärt er. Der sei robuster und relativ anspruchslos, während eine Brennstoffzelle empfindlich auf Stöße und Verunreinigungen reagiere. Für ein Nutzfahrzeug oder große Baumaschinen sei sie daher nicht ideal.
Doch warum nicht auf elektrische Antriebe setzen? Für Günthner ist das kein Entweder-oder. Man brauche schlicht beides, um für die Zukunft genügend Energie bereitstellen zu können: Strom auf der einen Seite, aber auch Alternativen wie Wasserstoff. „Ein rein elektrisches System ist für diese Art der Fahrzeuge oder auch für große Baumaschinen über einen langen Zeitraum nicht wirklich effizient zu betreiben“, sagt er. Zu oft müsse man nachladen, ob Batterien überhaupt in einer solchen Größenordnung hergestellt werden können, um den weltweiten Bedarf zu decken, sei zumindest fraglich. Zudem lasse sich Strom nur schwer über lange Zeiträume speichern. Da „braucht es eine Alternative“ – wie Wasserstoff, der sich weitgehend verlustfrei speichern und transportieren lasse.
„Wir brauchen eine Alternative zu Strom“
Zwischen Juli 2021 und Juni 2024 forschte die RPTU daher zusammen mit Projektpartnern wie dem Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) an einem Unimog von Daimler Truck. Häufig werden diese mit Diesel betrieben, „in diesem Fall war es ein Erdgasmotor, den wir auf Wasserstoff umgerüstet haben“, erklärt Günthner. Wichtige Fragen dabei: Welche Leistung erbringt der Motor? Wie lassen sich Emissionen – vor allem der Stickstoffoxide – verringern?
Der Betrieb des Unimog mit Wasserstoff habe sehr gut funktioniert, auch im Alltag bei Mäharbeiten zum Beispiel. Am Donnerstag werden diese und andere Forschungsergebnisse zum Thema „Wasserstoff und Methan als Kraftstoffe für Nutzfahrzeuge“ beim Green Gas Congress an der RPTU vorgestellt. Trotz der vielversprechenden Grundlagenforschung seien bis zu einer Serienproduktion des getesteten Motors noch viele Schritte nötig, sagt Günthner.
Alles also weitentfernte Zukunftsmusik? „Der Motor müsste einen kompletten Serienentwicklungsprozess durchlaufen“, Komponenten wie die Einspritzsysteme robuster gemacht werden. Die „reine Technik könnten wir relativ schnell verfügbar machen“, ist Günthner überzeugt. Doch für die Serienentwicklung, schätzt er, brauche es „vielleicht etwas mehr als fünf Jahre“. Vorausgesetzt der Wille sei da. Der Lastwagenhersteller MAN bringe in diesem Jahr eine kleine Flotte wasserstofffähiger Lkw auf den Markt. Andere setzen nach wie vor auf die Entwicklung batterieelektrischer Varianten. „Wir brauchen dringend neben Strom einen weiteren Energieträger, der gut zu speichern ist“, sagt Günthner. „Die Illusion, dass wir unseren Bedarf komplett über Strom decken können, müssen wir aufgeben. Schon deshalb, weil wir Strom nicht günstig bevorraten können“, meint er. Er plädiert für einen Mix aus den „drei Säulen Strom, einem gasförmigen und einem flüssigen Energieträger“.
Hemmschuh sind Infrastruktur und Kosten
Ein Problem aber hemmt die Entwicklung im Wasserstoffsektor, sagt Günthner. „Die Frage ist: Hat man die Infrastruktur und dadurch auch die Nachfrage, um den Wasserstoffantrieb flächendeckend auszurollen? Ein anderer Aspekt sind die Kosten für Wasserstoff. Wie versorgen wir uns kostengünstig damit?“ Denn Deutschland werde importieren müssen, weil für die benötigte Menge an grünem Wasserstoff die Sonne zu wenig scheine, der Wind zu wenig wehe. Andere Länder seien da im Vorteil. „Europa muss Gas geben, damit es sich die Zugänge rechtzeitig sichern kann. Denn Länder wie China oder Indien setzen auf das Wasserstoffthema. Und wir wissen, dass China sehr klug dabei ist, sich solche Zugänge zu sichern“, sagt der promovierte Ingenieur.
Dass eine mögliche Umrüstung auf Wasserstoffantriebe insgesamt kein günstiges Vorhaben wird, verhehlt Günthner nicht. Es brauche weitere Förderung, allein um die Infrastruktur auszubauen, zudem sei Wasserstoff zunächst einmal teurer in der Herstellung als fossile Brennstoffe wie Benzin, Diesel oder Erdgas. Etwa 100 Wasserstofftankstellen gebe es in Deutschland, schätzt er. Das sei bei Weitem zu wenig, wenn die Technologie wirklich einmal flächendeckend eingesetzt werden solle. „Wir sind da schon in einer kritischen Phase, dass es damit weitergeht, aber eine Abkehr vom Wasserstoff sehe ich nicht“, sagt Günthner auch mit Blick auf Fördergelder für die Forschung.