Gerade im Straßengüterfernverkehr gilt es, die Energiedichte des Wasserstoff-Kraftstoffs zu erhöhen.
Tankinfrastruktur für H2 im Fernverkehr
Studie analysiert Handlungsbedarf in verschiedenen Bereichen
Wasserstoff wird als vielversprechender Kraftstoff zur Dekarbonisierung von Nutzfahrzeugen im Fernverkehr gesehen. Aktuell in der Markteinführung befindliche Lkws mit Wasserstoff-Brennstoffzellen nutzen zur Kraftstoffspeicherung überwiegend die Druckspeichertechnologie mit 35 Megapascal (MPa), die ursprünglich für Busanwendungen im öffentlichen Personennahverkehr konzipiert wurde. Diese Speichertechnologie ist dadurch bereits weitgehend erprobt und einsatzbereit.
Der begrenzte Bauraum, der zur Kraftstoffspeicherung im Lkw zur Verfügung steht, erlaubt mit der durch die 35-MPa-Technologie erzielbaren Energiedichte ohne Einschränkungen des Ladevolumens Fahrzeugreichweiten von etwa 400 Kilometern. Dies ist zum Beispiel für Einsatzfälle im Verteilverkehr ausreichend. Anwendungen mit höheren Reichweitenanforderungen, zum Beispiel im Bereich des Straßengüterfernverkehrs, erfordern H2-Kraftstoffoptionen mit höheren Energiespeicherdichten.
Die neue Studie „H2-Infrastruktur für Nutzfahrzeuge im Fernverkehr“, die von der Plattform H2BW herausgegeben und von der Landesagentur e-mobil BW koordiniert wurde, untersucht das Potenzial von Wasserstoff (H2) im Schwerlastverkehr mit Blick auf den aktuellen Entwicklungsstand und mögliche Perspektiven. Sie legt das große zeitliche Spannungsfeld offen, das sich einerseits aus den für 2030 definierten Sektorzielen und anderseits aus der derzeitigen Technologiereife und dem Standardisierung- und Normierungstand der Tankprotokolle oder relevanter Bauteile ergibt. Die e-mobil BW ist die Anlaufstelle in Baden-Württemberg für alle Belange rund um den Mobilitätswandel. Für die Landesregierung ist e-mobil BW ein wichtiges Organ, um Beratung, Wissen und Impulse zu liefern. Gleichzeitig engagiert sich die Landesagentur auch bundesweit sowie auf europäischer Ebene und bringt ihre Expertise in verschiedene Gremien ein.
Thekla Walker, Ministerin für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg: „Mit Wasserstoff betriebene Lkws sind im Straßengüterfernverkehr ein wichtiger Hebel, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Aktuell sind Nutzfahrzeuge für 35 Prozent der CO2-Emissionen im Verkehr verantwortlich, die Hälfte davon entsteht im Fernverkehr. Um das Klimaschutz-Potenzial bei schweren Nutzfahrzeugen zu heben, braucht es geeignete Wasserstoff-Tankstellen, Speicher und Tanktechnologien. Die neue Studie der Plattform H2BW zeigt, welche Optionen sich aus technologischer Perspektive anbieten und was für eine schnelle Einführung nötig ist.“
Ein Sattelschlepper mit Wasserstoff-brennstoffzelle und H2-Gasflasche an Bord
Lösungsoptionen: Höhere Druckniveaus und andere Aggregatzustände
Wasserstoff wird bei Bussen und Lkws heute überwiegend mit 350 Bar (=35 Megapascal (MPa)), getankt. Die relativ geringe Verdichtung des Gases führt zu voluminösen Tanks, die entweder das Nutzvolumen und die Nutzlast weit einschränken oder bei kleinerer Dimensionierung zu einer limitierten Reichweite führen. Gerade im Straßengüterfernverkehr gilt es, die Energiedichte des Kraftstoffes zu erhöhen.
Das Autorenteam von der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. vergleicht in der Studie drei H2-Kraftstoffoptionen und ihren jeweiligen Entwicklungsstand: die Druckbetankung von gasförmigem H2 (700 Bar/ 70 MPa), die Betankung mit tiefkaltem Flüssigwasserstoff (sLH2) und die Betankung mit tiefkaltem Druckwasserstoff (CcH2). Alle drei Varianten haben spezifische Vor- und Nachteile, zum Beispiel bei der Technologiereife oder Anzahl der Marktakteure. Mit allen drei Optionen kann die Energiemenge im verfügbaren Bauraum erhöht werden, sodass die für den Massenmarkt attraktiven ca. 1.000 Kilometer Reichweite erreicht werden können.
Aktuell liegen für keine der untersuchten Optionen standardisierte Betankungsprotokolle oder Normungen, beispielsweise für Betankungskupplungen oder Füllstützen, vor. Diese sind bedeutend für die Skalierung zu einem Massenmarkt.
Auch kostenseitig analysiert die Studie die Herausforderungen, um eine Preisparität zum Diesel-Lkw und damit auch den Markthochlauf zu erreichen. Dazu müssen alle Potenziale zu Kostensenkungen (beispielsweise Massenfertigung, hohe Auslastung der Tankinfrastruktur, optimierte Versorgungskonzepte) konsequent erschlossen werden. Auch weitere Rahmenbedingungen, wie die Kraftstoffbesteuerung und CO2-Preise sind anzupassen, um eine Lenkungswirkung zu erzielen.
Die Studie vergleicht drei H2-Kraftstoffoptionen und ihren jeweiligen Entwicklungsstand: die Druckbetankung von gasförmigem H2 (700 Bar/ 70 MPa), die Betankung mit tiefkaltem Flüssigwasserstoff (sLH2) und die Betankung mit tiefkaltem Druckwasserstoff (CcH2).
Ausblick: erproben, fördern und begleiten
„Um das Potenzial von Wasserstoff im Bereich schwerer Nutzfahrzeuge auf der Langstrecke zu heben und um die Klimaziele im Verkehr zu erreichen, bietet unsere Studie konkrete Anknüpfungspunkte zum Handeln“, sagt Franz Loogen von der Landesagentur e-mobil BW. „Mit unseren Aktivitäten im Cluster Brennstoffzelle BW oder in der Plattform H2BW unterstützen wir Industrie, Wissenschaft und Politik, die Studienergebnisse in Projekte, Förderungen und Wissensangebot zu übersetzen.“
Neben dem verstärkten Aufbau von Demonstrationsprojekten und ihrer wissenschaftlichen Begleitung, empfiehlt die Studie der Plattform H2BW auch eine geeignete Förderkulisse für den Aufbau von H2-Infrastruktur zeitnah umzusetzen.
Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) fördert derzeit im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie den Aufbau öffentlicher Wasserstofftankstellen, der Schwerpunkt der Förderung liegt auf Tankstellen im Straßenverkehr für schwere Nutzfahrzeuge. [ raa ]
Weitere Informationen zur Studie:
Die gesamte Studie mit allen Fakten und Zahlen ist über folgende Adresse abrufbar:
