Richtige Grundlagen für optimale Systeme
Kommt jetzt der Durchbruch für Wasserstoff?
Seit kurzem ist Prof. Dr. Christian Mohrdieck CEO von Pajarito Powder. Der frühere Daimler- und cellcentric-Manager erklärt im Gespräch mit Markt&Technik seinen ungewöhnlichen Wechsel und welche Chancen er für die Wasserstofftechnik darin sieht.
Markt&Technik: Sie haben die gesamte Wertschöpfungskette für Wasserstoff schon durchlaufen, vom OEM, über Zulieferer und jetzt sind Sie bei Pajarito Powder, also ziemlich am Anfang der Wertschöpfungskette. Was kann man aus Ihrer Sicht auf der Materialseite erreichen, um Wasserstoff voranzubringen?
Prof. Dr. Christian Mohrdieck: Die Materialien, die Pajarito Powder herstellt, sprich Katalysatorpulver, sind die Grundlagen für die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer einer Brennstoffzelle und eines Elektrolyseurs. Und beide genannten Punkte sind wichtig. Ein einfacher Vergleich: Wenn man mit schlechten Zutaten kocht, wird auch das beste Rezept am Ende kein optimales Ergebnis liefern. Ich komme von der Systemseite und dort kann man viel tun, aber wir können nicht über die Grenzen der Materialien hinausgehen.
In der Wasserstofftechnik ist der Katalysator eine Schlüsselkomponente, denn er ermöglicht bzw. beschleunigt die elektrochemische Reaktion. Bei Brennstoffzellen und Elektrolyseuren entscheidet er maßgeblich über Effizienz, Leistung und Haltbarkeit. Gerade deshalb lohnt es sich, an dieser Stelle weiterzuentwickeln. Die Kommerzialisierung der Elektrolyseure und Brennstoffzellen ist auf Basis der heute verwendeten möglich und wird ja auch vorangetrieben, aber dann beginnt die weitere Detailarbeit: günstiger, leistungsfähiger und langlebiger zu werden – das ist bei allen Technologien so.
Und das heißt?
Ich glaube, dass es mit den Materialien von Pajarito Powder möglich ist, die Kosten und die Langlebigkeit deutlich zu verbessern. Projektionen auf der Materialseite zeigen, dass wir 40 Prozent weniger Katalysatormaterial, typischerweise Platin, benötigen und bekanntermaßen ist Platin teuer. Wenn wir also in der Lage sind, den Bedarf an Platin zu reduzieren, führt das automatisch zu einer Kostenreduktion.
Aus meiner Erfahrung auf der Systemseite möchte ich aber auch betonen, dass das, was auf der Materialseite möglich erscheint, sich meistens nicht 100-prozentig zum System durchschlägt. Aber wenn wir mit 40 Prozent anfangen und am Ende bleiben 15 oder 20 Prozent übrig, dann ist das immer noch ein entscheidender Fortschritt. Unsere Berechnungen zeigen, dass wahrscheinlich bis zu 20 Prozent der Kosten eingespart werden können.
Sie sind ja schon seit einiger Zeit im Board von Pajarito Powder tätig, jetzt als CEO, worin sehen Sie Ihre Hauptaufgabe?
Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf dem Aufbau eines starken Partnernetzwerks, insbesondere mit Systemanbietern aus der Automobil- und Elektrolysebranche, um die Leistungsfähigkeit der Materialien im realen Einsatz zu validieren. Gerade bei Brennstoffzellen und Elektrolyseuren ist das entscheidend, da hier zahlreiche Komponenten – von Membran und Elektroden über Bipolarplatten bis hin zum Gesamtsystem – zusammenspielen und der Katalysator nur ein Teil des Gesamtsystems ist.
Gleichzeitig bringe ich meine Erfahrung aus der System- und Fahrzeugentwicklung ein, um ein besseres Verständnis dafür zu schaffen, welche Anforderungen im Endprodukt tatsächlich entscheidend sind. Ziel ist es, Materialentwicklung und Systemanforderungen frühzeitig zu verzahnen, da sich Vorteile auf Materialebene nur im Zusammenspiel mit den übrigen Komponenten vollständig entfalten lassen.
In früheren Brennstoffzellenprojekten zeigte sich genau an dieser Schnittstelle ein zentrales Problem: Chemisch funktionierte vieles im Labor, aber im Fahrzeug stellten sich plötzlich ganz andere Fragen – etwa, wie sich eine Brennstoffzelle bei Minusgraden starten lässt oder welche Lastwechsel sie im Alltag aushalten muss. Chemiker und Fahrzeugingenieure denken naturgemäß aus unterschiedlichen Perspektiven. Genau diese Lücke zwischen Materialentwicklung und realer Anwendung möchte ich schließen.
Auch mein bestehendes Netzwerk in Industrie, Forschungseinrichtungen und Politik dürfte helfen, den Marktzugang zu erleichtern. Darüber hinaus ist es für Pajarito wichtig, industrielle Strukturen innerhalb des Unternehmens aufzubauen. Dazu gehört zum Beispiel die Einführung von Qualitätssystemen, wie sie in der Automobil- und Energietechnikbranche vorausgesetzt werden.
Pajarito Powder bietet verschiedene Materialien für Brennstoffzellen und Elektrolyseure an. Die Automobilindustrie ist typischerweise etwas zurückhaltender, wenn es um neue Ansätze geht, sind die Hersteller von Elektrolyseuren einfacher zu begeistern?
Ich würde sagen, dass das Interesse auf beiden Seiten gleich groß ist. Allerdings ist die Offenheit in der asiatischen Automobilindustrie im Vergleich zu den USA und Europa heute deutlich größer. Aktuell produzieren wir mehr Materialien für Brennstoffzellen als für Elektrolyseure. Das mag sich ändern, denn unsere Trägermaterialien eignen sich für beide Anwendungen und bringen in beiden deutliche Vorteile, das gilt besonders für unsere Trägermaterialien.
Können Sie das bitte etwas genauer erklären?
Unsere Trägermaterialien sind kohlenstoffbasiert. Sie werden auf die Membran aufgebracht und vergrößern dank ihrer Porosität die Oberfläche, auf der der Katalysator, zum Beispiel Platin, sitzt. Dadurch entsteht eine viel größere aktive Fläche und eine höhere Leistung. Das Trägermaterial von Pajarito Powder hat aber noch einen weiteren Vorteil: Unabhängige Untersuchungen zeigen, dass unsere Materialien am Ende der Lebensdauer noch eine Aktivität erreichen können, die andere Materialien zu Beginn ihrer Lebensdauer haben. Das bedeutet: Die Degradation wird deutlich verlangsamt. Natürlich altern auch unsere Materialien, aber offenbar wesentlich langsamer.
Das heißt, die Kombination aus Trägermaterial und Katalysator ist der Verkaufsschlager von Pajarito?
Ja, wir beherrschen dieses Zusammenspiel zwischen Trägermaterial und Katalysator. Aber wir bieten das Trägermaterial auch als alleinstehendes Produkt an, so dass Kunden dieses mit einem anderen Katalysator kombinieren können.
Aufgrund der enormen Entwicklungen auf der Batterieseite konkurriert Wasserstoff auch im Nutzfahrzeugbereich direkt mit batterieelektrischen Lösungen. Wo sehen Sie klare Vorteile der Brennstoffzelle?
Stimmt, die Batterie hat enorme Fortschritte gemacht, das muss man anerkennen. Trotzdem sehe ich klare Einsatzbereiche für Wasserstoff, insbesondere in schweren Lkws im Fernverkehr. Dort brauchen Fahrzeuge große Reichweiten, hohe Nutzlasten und kurze Betankungszeiten. Ein Brennstoffzellen-Lkw lässt sich ähnlich schnell betanken wie ein Diesel-Lkw, und das Fahrzeuggewicht liegt deutlich näher am Diesel als dies bei einem Lkw mit seiner sehr großen Batterie der Fall ist. Eine Batterie für solche Fahrzeuge kann sechs bis sieben Tonnen wiegen – das reduziert die Nutzlast erheblich. Für Spediteure zählt nicht der Anschaffungspreis allein, sondern die Total Cost of Ownership und die sinken mit kurzer Betankungszeit, langer Reichweite und größeren Nutzlasten. Deshalb kann die Brennstoffzelle in diesem Segment sehr attraktiv sein.
Es gibt aber noch weitere wichtige Anwendungen. Dazu gehören Notstromsysteme für Rechenzentren, wo heute oft Dieselgeneratoren eingesetzt werden. Diese verursachen Emissionen und Lärm. Auch in der Stahl- oder Chemieindustrie spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle, wenn es um CO₂-neutrale Produktionsprozesse geht. Dort gibt es keine realistische Batterielösung.
Schwerlastverkehr bietet sich für Wasserstoff zwar an, aber es gibt keine ausreichende Infrastruktur...
Das stimmt nicht ganz. Hinzu kommt noch, dass ich davon überzeugt bin, dass die Diskussion durch preisgünstigere Brennstoffzellen ja wieder angeheizt werden könnte. Außerdem gibt es in Deutschland bereits gute Ansätze. Das Joint Venture H2 Mobility rüstet beispielsweise Tankstellen, die ursprünglich für Pkw gedacht waren, zunehmend für Lkws um. Der entscheidende Vorteil von H2 Mobility: alle Beteiligten – Energieunternehmen, Fahrzeughersteller, Betreiber und Politik – arbeiten hier zusammen und ich denke, dass das die einzig richtige Vorgehensweise ist, die funktioniert.
Gleichzeitig darf man auch nicht die Herausforderungen der Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Lkw unterschätzen. Wenn mehrere Lkws gleichzeitig mit Megawatt-Leistung laden sollen, braucht man etwas überspitzt formuliert ein Kernkraftwerk neben der Tankstelle. Und noch eine andere Zahl, die in diesem Zusammenhang durchaus Gewicht hat: In Deutschland sind knapp 50 Mio. Pkws unterwegs, wenn die alle batterieelektrisch fahren würden, bräuchte man heute 25 bis 28 Prozent mehr elektrische Energie in Deutschland – und diese Energie muss nicht nur erzeugt, sondern auch verteilt werden.
Die Probleme sind bekannt: wenn der Strom im Norden per Windkraft erzeugt wird und in den Süden transportiert werden soll, gibt es bei jeder neuen Hochspannungsleitung enormen Widerstand, was große zeitliche Verzögerungen zur Folge hat. Also stehen die Windräder still.
Man könnte sie aber laufen lassen und damit Wasserstoff erzeugen, der dann per Pipeline oder Lkw transportiert werden kann. Oder das bestehende Erdgasnetz, hier gibt es ja auch schon einige Ansätze, sei es im Ruhrgebiet oder im Chemiedreieck.
Ich sehe die Gefahr, dass wir in Europa die Technologie vorbereiten, aber die eigentlichen Produkte später dann aus Asien kommen. Während hier noch über Regulierung und Förderung diskutiert wird, treiben chinesische Unternehmen die Umsetzung mit hoher Geschwindigkeit voran.
Wie bewerten Sie die häufige Kritik, Wasserstoff sei ineffizient?
Die Kritik am Wasserstoff basiert häufig auf dem Wirkungsgrad – und auf den ersten Blick ist sie auch berechtigt. Betrachtet man ausschließlich das Fahrzeug selbst, ist ein batterieelektrisches Auto effizienter als ein Wasserstofffahrzeug. Der Grund ist einfach: Beim Wasserstoff kommen zusätzliche Umwandlungsschritte hinzu – etwa die Herstellung des Wasserstoffs und seine Rückverstromung in der Brennstoffzelle. Jeder dieser Schritte kostet Energie.
Entscheidend ist jedoch, welche Systemgrenzen man betrachtet. Wenn man nur das Auto betrachtet, gewinnt die Batterie klar. Wenn man aber das gesamte Energiesystem einbezieht, wird die Frage komplexer: Woher kommt der Strom für die Batterie? Wie wird Wasserstoff erzeugt? Welche Energiespeicher braucht das System? Welche Infrastruktur muss aufgebaut werden? Und sogar: Wie energieintensiv sind Herstellung und Recycling der Fahrzeuge?
Genau an diesem Punkt zeigen verschiedene Studien, dass Batterie und Wasserstoff in Fahrzeug-Anwendungen deutlich näher beieinanderliegen, als oft behauptet wird. Ein wichtiger Aspekt ist die Nutzung erneuerbarer Energien. Ein Windrad, das Strom produziert, der gerade nicht gebraucht werden kann, hat faktisch keinen Nutzen. Wird dieser überschüssige Strom jedoch genutzt, um Wasserstoff zu erzeugen, entsteht trotz Umwandlungsverlusten ein sinnvoll nutzbarer Energieträger. In solchen Fällen ist ein geringerer Wirkungsgrad besser als gar kein Wirkungsgrad.
Ein weiterer Punkt ist die Infrastruktur. Ein vollständig auf Batterieladung ausgelegtes System muss enorme Spitzenlasten abdecken – etwa wenn viele Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden oder wenn regional wenig Wind- und Solarstrom verfügbar ist. Studien zeigen, dass ein gemischtes System aus Ladeinfrastruktur und Wasserstoffversorgung unter Umständen kostengünstiger sein kann als eine reine Einzellösung, weil Wasserstoff helfen kann, diese Lastspitzen abzufangen.
Die eigentliche Schlussfolgerung lautet daher: Wasserstoff ist nicht die Universallösung, aber auch keineswegs unsinnig. Wer nur auf den isolierten Fahrzeugwirkungsgrad schaut, greift zu kurz. Die entscheidende Frage ist, wie ein stabiles, wirtschaftliches und klimafreundliches Gesamtsystem aussieht.
Hinzu kommt, dass nicht jede Anwendung dieselben Anforderungen hat. Für den Stadtverkehr oder kurze Pendelstrecken sind Batterien oft ideal. Bei schweren Nutzfahrzeugen, langen Reichweiten oder dort, wo schnelle Betankung und hohe Energiedichte wichtig sind, oder kurz wann immer hoher täglicher Energiebedarf vorliegt, kann Wasserstoff Vorteile haben. Es geht deshalb weniger um ein »Entweder-oder« als um die Frage, welche Technologie für welchen Einsatzzweck am besten geeignet ist.
Wasserstoff ist nicht nur ein Thema der Dekarbonisierung, sondern auch der Energiesicherheit. Die Abhängigkeit von fossilen Importen bleibt ein Risiko. Krisen wie im Nahen Osten zeigen, wie schnell Energiepreise steigen können. Wasserstoff kann dazu beitragen, Energie unabhängiger und flexibler bereitzustellen.
Aber Deutschland dürfte bei Wasserstoff zwangsläufig auf Importe angewiesen sein?
Langfristig wird Deutschland sicherlich Wasserstoff importieren müssen. Aber gerade für den Hochlauf gibt es in Deutschland durchaus eigene Potenziale. In chemischen Prozessen entsteht heute bereits Wasserstoff als Nebenprodukt, etwa bei der Chloralkali-Elektrolyse, der teilweise einfach verbrannt wird, weil es keine Abnehmer gibt. Allein mit diesen Mengen ließen sich bereits einige hunderttausend Brennstoffzellenfahrzeuge ein Jahr lang betreiben. Dazu kommt überschüssiger Windstrom, den wir sinnvoll für die Wasserstoffproduktion nutzen könnten.
Welche Kernaussage würden Sie heute für wichtig erachten?
Ganz klar: Man sollte Emissionen regulieren, aber nicht Technologien vorschreiben. Wenn das Ziel lautet, CO₂ zu reduzieren, dann sollte offenbleiben und dem Markt überlassen bleiben, ob dies mit Batterien, Brennstoffzellen, Wasserstoffverbrennung oder anderen Lösungen geschieht. Unterschiedliche Anwendungen brauchen einfach unterschiedliche Technologien.
