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• Text: Wolf Lotter, Peter Ruch

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Offen für Innovation - Eine Serie in brand eins - Blechsalat mit Öl-Ersatz

Das Leben ist ungerecht, nicht nur in dieser Welt. Vor kurzem erst haben Astronomen aus Bonn eine Karte der Milchstraße gezeichnet. Auf der sind die Stoffe und Elemente, aus denen unsere Galaxie besteht, schön übersichtlich in Farben dargestellt. Ein Blick auf die Karte genügt, und jeder weiß: Die Milchstraße schwimmt in Wasserstoffgas. Unendlich viel Wasserstoffgas, 1,4 Millionen Grad heiß.

Uns hier auf der Erde würde schon ein klitzekleines Teilchen dieser gewaltigen Wasserstoffgas-Wolke reichen - dann könnten uns durch Hurrikans verwüstete Ölplattformen, geldgierige Ölscheichs und die Endlichkeit von Öl, Gas und Kohle völlig egal sein. Nur: Wir kommen nicht dran. Die Wolke schwebt schlicht zu weit weg. Wer beim Tanken in den Himmel sieht, könnte vor Wut in die Luft gehen.

Aber könnte man Wasserstoff nicht auf Erden erzeugen? Wasserstoff ist das H in H2O. Er kann durch Energiezufuhr vom Sauerstoff getrennt werden. Und Wasserstoff ist ein Energieträger, der bei seiner Verbrennung nichts weiter hinterlässt als Wasserdampf. So etwas brauchen wir dringend.

Gemäß Schätzungen der großen Ölkonzerne sind momentan noch Erdölreserven zwischen 1148 Milliarden Barrel (BP Statistical Review 2005) und 1260 Milliarden Barrel (Exxon Oeldorado) vorhanden. Derzeit werden jährlich rund 27 Milliarden Barrel verbraucht, Tendenz jährlich um zwei Prozent steigend. Das bedeutet, dass in etwas mehr als 40 Jahren kein Erdöl mehr vorhanden sein wird.

Gewiss: Es lassen sich noch recht ansehnliche Mengen Öl aus Schiefergestein pressen, ein teures Verfahren, das lange zu unwirtschaftlich war. Doch bevor das schwarze Gold völlig versiegt, werden die etwa in Kanada liegenden Reserven sicher noch rausgekratzt werden. Seit 1974, dem Jahr, in dem die Mitglieder der ölfördernden Nationen, die sich in der OPEC formieren, den Ölhahn erstmals zudrehten, hat sich der Preis für den wichtigsten Rohstoff der mobilen Gesellschaft nahezu verzwanzigfacht. Jeder weiß das. Aber nur gelegentlich, in besonders spektakulären Fällen wie nach dem Hurrikan "Katrina" im August dieses Jahres im Süden der Vereinigten Staaten von Amerika, fällt das dem globalen Publikum auf. Der einzige Treibstoff, der bei der Lösung des Ölproblems reichlich vorhanden ist, ist der Optimismus: Es fahren derzeit rund 730 Millionen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren auf den Straßen der Welt, mehr als 40 Millionen Neuwagen wurden im vergangenen Jahr gebaut. Bis 2020 werden nach Erwartungen der Industrie gut eine Milliarde Fahrzeuge unterwegs sein, jedes mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von zehn Jahren. Selbst wenn man dabei von der Umwelt-Problematik absieht, ist die alte Benzin-Diesel-Auto-Kombination trotz ihrer langen Geschichte nach wie vor eine sehr unvollkommene Lösung. Der herkömmliche Verbrennungsmotor hat einen Wirkungsgrad von 15 bis bestenfalls 27 Prozent, nutzt also nur einen Bruchteil der Energie. Die Alternative Gas ist zwar umweltfreundlicher als Benzin oder Diesel, gewiss, aber auch hier wird eine endliche Ressource verfahren mit ebenfalls geringer Effizienz. Mehr Wirtschaftlichkeit bietet im Moment lediglich der Elektromotor.

Vor hundert Jahren, in der Steinzeit der Automobil-Gesellschaft, fuhren in Städten viele Elektrofahrzeuge. Ingenieure wie Ferdinand Porsche, dessen Name längst für die Benzin-Gesellschaft steht, begannen ihre Karriere als Konstrukteure von Elektrofahrzeugen. Der Elektromotor arbeitet effizient - entweder allein, angetrieben von Batterien und Brennstoffzellen, oder in Kombination mit einem schlanken Verbrennungsmotor, als Hybridantrieb.

Ein nur mit Brennstoffzellen fahrendes Fahrzeug ist im Grunde ein rollender Reaktor: Letztlich wird er mit Strom betrieben, aus Batterien, die von Brennstoffzellen an Bord genährt werden. Das von den Herstellern heute favorisierte Konzept in Sachen Brennstoffzelle trägt das Kürzel PEM (Proton Exchange Membran).

Entdeckt hat das dahinter steckende Grundprinzip der walisische Physikprofessor William Grove vor mehr als 150 Jahren. Als Grove während eines Experiments die Kabel zog, bemerkte er, dass der Strom rückwärts floss, sich Wasserstoff und Sauerstoff wieder vereinigten und dabei Elektrizität erzeugten. Der Professor hatte die friedliche Vereinigung der beiden Gase erfunden, die Inkarnation der Reinheit, denn als "Abgas" dieser "kalten Verbrennung" bleibt nur Wasser zurück.

Das war eine wunderbare Entdeckung, doch blieb sie lange Zeit unbeachtet. Die Brennstoffzellen wurden erst im Weltraumzeitalter wiederentdeckt, als es darum ging, Satelliten und Raumstationen mit einer möglichst zuverlässigen Stromversorgung auszustatten. Erst seit etwa zehn Jahren wird die Brennstoffzellenforschung für Automobile forciert und ist dort, wie es ein Mitarbeiter des Automobilbauers Ford formuliert, "zum letzten Hoffnungsträger für das längerfristige Überleben des Automobils als individuelles Verkehrsmittel" geworden.

Brennstoffzellen sind, wenngleich nicht zwingend, an den Energieträger Wasserstoff gebunden, eine Schlüsseltechnologie für die Zeit nach dem Öl. Ihr Markt ist riesig - ließen sich doch auch die Millionen mobiler Geräte wie Handys, Notebooks, Personal Digital Assistants, die wir heute schon nutzen, mit Energie aus Brennstoffzellen speisen. Die Möglichkeiten sind erkannt. Große Elektronikkonzerne wie die japanische Toshiba oder NEC haben angekündigt, demnächst kompakte Brennstoffzellen für Notebooks anzubieten. Auch die Münchener Smart Fuel Cell AG ist einer der Hoffnungsträger für die mobile Zelle. Schon heute sorgt eine Entwicklung der Bayern für praktischen Nutzen: Ein nur acht Kilo schweres Aggregat aus Brennstoffzellen kann zum Beispiel in Wohnmobilen für die Energieversorgung verwendet werden.

Der amerikanische Autor Jeremy Rifkin träumt schon von mehr: Jedem Heim sein eigenes Wasserstoff-Brennstoffzellen-Kraftwerk, fordert er in seinem Buch "Die H2-Revolution". Das erinnert frappant an die Träume der alten Atomindustrie, die Ähnliches in den fünfziger Jahren mit dem mittlerweile etwas aus der Mode gekommenen Treibstoff Uran visionierte.

Der Wasserstoff macht alles gut - wenn man vergisst, dabei zu rechnen Wer allerdings meint, dass Wasserstoff allein alle Energieprobleme lösen und dabei im Vorübergehen alle Umweltprobleme beseitigen kann, hat wenig Ahnung vom Wesen des Stoffs, der so schwer zu fassen ist.

Es stimmt zwar: Wasserstoff ist in großen Mengen auf Erden vorhanden, aber eben nur in gebundener Form verfügbar: mit Sauerstoff als H2O, also Wasser, und in Erdgas. Das Trennen von Wasserstoff aus normalem Wasser ist indes derart energieintensiv, dass sich bis heute außerhalb von Forschungslabors kaum jemand damit beschäftigt. Es ist bedeutend leichter, Wasserstoff aus Methan über den Weg des Erdgases zu extrahieren, als es durch die scheinbar simple Aufspaltung aus Wasser zu gewinnen. Deshalb werden 95 Prozent des Wasserstoffs, der heute in der Industrie und Forschung verbraucht wird, aus Erdgas gewonnen.

Und noch etwas gilt es zu beachten: Wasserstoff ist ein Energieträger, keine Energiequelle. Um an Wasserstoff zu kommen, muss man also erst einmal eine Menge Energie investieren. Und: Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht Wasserdampf - was zunächst viel harmloser klingt als Co2, Kohlendioxid, volkstümlich auch als Klimakiller bekannt. Weniger bekannt ist, das Wasser in gasförmigem Zustand, also als Wasserdampf, das wichtigste Treibhausgas überhaupt ist. Was am Ende aus dem Auspuff käme, wäre also - zumindest aus ökologischer Sicht - nicht viel besser als das, was heute bereits für Ärger sorgt.

Noch viel wichtiger ist aber die Frage, wie Wasserstoff überhaupt zu einem Energieträger wird. Dazu braucht man Strom. Gewonnen wird er mit den Mitteln, die wir kennen: aus Kraftwerken oder Aggregaten, die mit Kernkraft, Kohle, Öl oder Gas befeuert werden. Der Einsatz von Kohlestrom zur Wasserstoffgewinnung ist aber, wie ein Vertreter des Wuppertaler Instituts für Klima, Umwelt und Energie so kurz wie eingängig im Magazin "Technology Review" zu Protokoll gibt, "das Beknackteste, was man überhaupt machen kann". Die Experten raten auch von der oft gepriesenen Lösung ab, die in Ansätzen vorhandenen regenerativen Energien als Quelle zur Wasserstoffproduktion zu nutzen. Sinnvoll wäre der Einsatz erst dann, meinen die Wuppertaler, wenn mehr als die Hälfte aller Energie aus Wind- und Sonnenkraft käme. Ein langer Marsch also, und auf jeden Fall zu lang, um mit der Öl-Gnadenfrist auszukommen.

Wasserstoff ist also keineswegs der blaue Engel in Gasform. Energie ist auch eine Frage des Preises. Und in diesem Punkt ist der Wasserstoff trotz Öl-Knappheit noch lange keine wirtschaftliche Alternative.

Am Paul-Scherrer-Institut im schweizerischen Villingen wurden alle Schritte zur Herstellung von Wasserstoff untersucht. Verglichen wurden dabei dessen Herstellungs- und Verteilungskosten mit denen von Benzin und Diesel, wobei die bunte Vielfalt an Steuern, die den Treibstoffen auferlegt wird und die mehr als 70 Prozent des Endkundenpreises ausmachen, nicht berücksichtigt wurden. Der Netto-Vergleich der Schweizer ergibt, dass Wasserstoff heute rund das 3,5-fache von Benzin und Diesel kostet, wenn er aus Erdgas erzeugt wird. Hinzu kommt, dass Benzin dem Wasserstoff als Energielieferant haushoch überlegen ist: Ein Liter Benzin liefert das 3,6-fache der Energiemenge von einem Liter Wasserstoff. Würde man zur Wasserstofferzeugung Windkraftwerke oder Sonnenenergie nutzen, dann läge der Gestehungspreis von Wasserstoff pro Liter bei bis zu zwei Euro netto. Also ohne Steuern, ohne Gewinn.

Amerikanische Berechnungen halten selbst das für schieren Optimismus, auch deshalb, weil die extrem teure Logistik für den Wasserstoff - der zur Lagerung und für den Transport auf minus 253 Grad abgekühlt werden muss - in diesen Kalkulationen nicht berücksichtigt wird. Das National Renewable Energy Laboratory der USA setzt die wahren Kosten für einen Liter Wasserstoff an der Tankstelle deshalb anders an. Bliebe man bei Wasserstoff aus Erdgas, kostete der Liter fünf Dollar. Nähme man Kohle zu seiner Erzeugung, wären pro Liter 5,60 Dollar fällig. Und ließe man zur Realität werden, wovon Jeremy Rifkin träumt - dezentrale Wasserstofffabriken auf der Basis regenerativer Energien, die den Wasserstoff direkt an der Tankstelle erzeugen -, dann kostete der Liter Wasser Super Plus nach heutigem Stand zwölf Dollar. Einmal tanken für einen Mittelklassewagen kostete damit so viel wie ein Kurzurlaub - zwischen 600 und 700 Dollar.

Die Wasserstoff-Revolution wird zur Evolution -getragen von Hybrid-Fahrzeugen Zahlen sind bewährte Traum-Killer. Und dennoch heißt das nicht, dass Wasserstoff keine Zukunft hat. Ganz im Gegenteil. Denn nach wie vor ist es die potenziell unbegrenzte Verfügbarkeit des Stoffs, die bei allen noch bestehenden Problemen die Attraktivität des Gases ausmacht. Und: Seit wieder über Wasserstoff nachgedacht wird, boomt die Technik drum herum, vor allem die Brennstoffzelle, der Reaktor also, der irgendwann einmal mit preiswert verfügbarem Wasserstoff angetrieben werden soll. Auch Elektromotoren sind wieder en vogue. Sie haben in Fahrzeugen mittlerweile langst Serienreife erlangt und können zumindest helfen, den Benzinverbrauch auf weniger als die Hälfte des üblichen zu drücken.

Kein Wunder also, dass Elektromotoren inzwischen das Herzstück der heute verfügbaren Hybrid-Fahrzeuge sind. Fast alle großen Autohersteller forschen an Konzepten oder legen bereits fertige Modelle serienreif vor. Technologieführer sind dabei die japanischen Konzerne Toyota und Honda, dicht gefolgt von DaimlerChrysler und General Motors.

Die Japaner haben sich ihren Vorsprung einiges kosten lassen. Die Entwicklung des Toyota Prius, des erfolgreichsten Hybrid-Modells überhaupt, wurde am Anfang massiv vom Staat subventioniert, damit es auf dem Markt eine Chance haben würde. Doch die Rechnung scheint für Toyota aufzugehen: Im vergangenen Jahr wurden weltweit mehr als 100 000 Prius verkauft, die zweite Generation von Hybrid-Autos (etwa der Lexus RX 400h) kann bereits kostendeckend produziert werden. Was für Toyota allerdings weit mehr zählt, ist der Image-Gewinn - die Japaner rühren in den USA sämtliche Umfragen an, wenn es um zukunftsträchtige Technologien und Umweltfreundlichkeit geht. Und dass die Technologie funktioniert, zeigt sich unter anderem darin, dass die für ihre hochwertigen technischen Lösungen bekannte Sportwagenschmiede Porsche erwägt, die Hybrid-Technik des Lexus-Geländewagens für sein Modell Cayenne einzukaufen.

Langsam kommt Bewegung in die Szene: BMW bastelte bisher einsam an einer modifizierten 7er-Limousine, die mit einem reinem V12-Wasserstoff-Motor ausgestattet sein sollte. Im Jahr 2007 sollte die Serie vom Band rollen. Anfang September 2005 verabschiedete sich BMW allerdings von dieser "reinen Lehre": Gemeinsam mit DaimlerChrysler und General Motors bauen die Münchener im US-Bundesstaat Michigan gerade ein Forschungszentrum für einen "Two-Mode"-Hybriden. Two-Mode bedeutet: mit Benzin und/oder den vom Motor gespeisten Akkus zu fahren. Die Allianz will noch weitere Hersteller zusammenführen - um Toyota mit vereinten Kräften anzugreifen.

Denn allein Wasserstoff als Treibstoff und sonst nichts - das ist eine Perspektive, die vor dem Jahr 2030, vielleicht erst 2050, nicht funktionieren wird. Bevor entsprechende Personenwagen zu einem vernünftigen Preis auf den Markt kommen, dürften in den kommenden Jahren vor allem Busse im Stadtverkehr mit Energie aus Brennstoffzellen betrieben werden. Das klappt ganz gut -weil die Busse nur innerorts unterwegs sind und dort leicht betankt und gewartet werden können. Bei Pkw sieht es anders aus. Momentan fahren weltweit erst rund 600 Versuchsfahrzeuge, darunter das im vergangenen Juli ausgelieferte erste serienmäßige Brennstoffzellenauto von Honda. Eine kalifornische Familie zahlt für den Hightech-Kleinwagen 500 Dollar Leasing-Gebühr im Monat. Ein Schnäppchen, stark subventioniert. Im Laden würde das Gefährt rund 1,8 Millionen Dollar kosten.

Der Ölpreis führt zu Schwerpunktprogrammen mit leichtgewichtigen Budgets Damit Wasserstoff seine Eignung als Kraftstoff unter Beweis stellen kann, hat der führende deutsche Wasserstoff-Hersteller Linde vorgeschlagen, den 1800 Kilometer langen Autobahnring zwischen Berlin, Leipzig, München, Stuttgart, Köln und Hannover mit Wasserstofftankstellen auszustatten. An der Strecke liegen wichtige Entwicklungszentren und die meisten Produktionsstandorte der deutschen Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie. Es wäre die weltweit größte Teststrecke, auf der Automobilhersteller den Wasserstoffantrieb unter realen Bedingungen erproben könnten.

Die Umsetzung des Vorschlags erfordert den Bau von etwa 35 Zapfsäulen an meist schon vorhandenen Raststätten. Die dafür notwendigen Investitionen veranschlagt Linde auf rund 30 Millionen Euro. Laut Aussage eines Konzernsprechers finden zurzeit sowohl mit Landesregierungen als auch mit nahezu allen Automobilproduzenten Gespräche darüber statt. Die Wasserstoffstraße wäre mehr als eine Teststrecke, die die Aktivitäten der deutschen Hersteller symbolträchtig zusammenbringt. "Der umweltfreundliche Energieträger Wasserstoff ist eine Chance zur Neupositionierung und Stärkung des Innovationsstandorts Deutschland", wirbt Linde-Chef Wolfgang Reitzle mit Blick auf Politik und Wirtschaff. Reitzle wird sich dabei an die Worte von Rick Wagoner, CEO von General Motors, erinnert haben: "Die Massenproduktion von Brennstoffzellen wird markante Veränderungen nach sich ziehen - Wechsel, die zu einer industriellen Revolution führen können und alle Ölgesellschaften sowie die Hälfte der Fortune-100-Gesellschaften beeinträchtigen oder bevorteilen würden." Das ist, von den kleinen praktischen Fortschritten der vergangenen Jahre gesehen, der wichtigste Punkt: Wasserstoff wird heute von großen Konzernen und der großen Politik gewollt. Damit sind auch Schwerpunktprogramme greifbar nahe, die den nötigen Problemlösungsschub für die H2-Revolution ermöglichen könnten. Dann werden die Preise nicht mehr im Labor, sondern auf dem Markt gemacht.

Im Umfeld des im Frühsommer abgehaltenen G8-Gipfels im schottischen Gleneagles verkündete der US-Präsident George Bush eine Fuel-Cell-Initiative der USA. Nach dem Vorbild des Raumfahrtprogrammes John F. Kennedys will Bush mit viel Geld die Brennstoffzellen-Wirtschaft fördern - für den Mann, der aus dem Ölgeschäft kommt, ein überraschender Schritt. Andererseits: Die großen Ölkonzerne verstehen sich zusehends als Treibstofflieferanten. Wenig glaubwürdig ist für die europäische und japanische Konkurrenz dabei Bushs öffentlich abgegebenes Versprechen, die USA würden "die Früchte ihrer Forschung mit der Welt teilen". Weil Alternativen zu Brennstoffzellen und langfristig zu Wasserstoff völlig fehlen, hielte die Nation, die sich heute am stärksten in der Forschung engagiert, für viele Jahrzehnte alle Energietrümpfe in der Hand. Ein Land, das den Treibstoff der Zukunft kontrollieren würde, wäre die Supermacht des 21. Jahrhunderts.

Europa indes wartet ab. Die EU gibt 2,8 Milliarden Euro für die Wasserstoffindustrie aus, Geld, das sich auf mehrere Projekte aufteilt. Immerhin: Eines der Projekte ist greifbar. Es heißt CUTE (Clean Urban Transport for Europe). 30 Busse fahren unter dieser Flagge bereits in verschiedenen europäischen Städten, etwa die so genannten HH2-Busse in Hamburg. Drei Mercedes-Busse laufen in der Hansestadt, versorgt werden sie von einer von BP errichteten Wasserstofftankstelle, die nur mit "grünem Strom" betrieben wird.

Drei baugleiche Citaro-Busse hat DaimlerChrysler diesen Sommer auch nach Peking geliefert, wo sie bis Oktober 2007 im Einsatz bleiben werden. Größere Investments in Wasserstoff sind im Reich der Mitte zurzeit nicht vorgesehen.

Mehr als das Zwölffache des gesamten EU-Wasserstoffbudgets ist den Chinesen hingegen ein Ereignis wert, das nur ein paar Tage für Energie sorgen wird: Es sind die Olympischen Spiele in Peking.