Dem gebürtigen Gstaader Christian Bach liegt nicht zuletzt die wunderschöne Natur des Saanenlandes, die es zu schützen gilt, am Herzen. Das macht er beruflich als Abteilungsleiter Fahrzeugantriebe bei der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt). Seine Vision von einem tieferen CO2-Ausstoss gründet auch in der Nutzung von Wasserstoff für den Antrieb von Autos. Elektro- und Brennstoffzellenautos haben beide ihre Berechtigung. Bach favorisiert keine der beiden Antriebstechnologien, ihm geht es um die Reduktion von CO2-Emissionen und um das Klima.

KEREM S. MAURER

Christian Bach, bitte erklären Sie uns, wie gasförmiger Wasserstoff hergestellt wird, der in Druckflaschen in Wasserstoffautos mitgeführt wird.
Vielleicht erinnern Sie sich noch an Physikunterricht in der Schule. Befestigt man je ein Kabel am Minus- und am Pluspol einer Batterie und legt die freien Enden der Kabel in eine mit Waser gefüllte Schale, wird das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Blubbernde Bläschen an den Kabelenden machen diesen Prozess sichtbar. In industriellen Anlagen macht man dies mittels Gleichstrom-Bipolarplatten, in die das Wasser geführt wird. Die Spaltung von Wasser braucht Energie, also Strom. Rund 70 Prozent der zugeführten Energie ist danach im Wasserstoff gespeichert, die restlichen 30 Prozent gehen als Wärme verloren. Diesen Prozess bezeichnet man als Elektrolyse.

Wasserstoff wird gegenwärtig zu einem grossen Teil aus Erdgas gewonnen, einem fossilen Brennstoff. Kann man da von emissionslosem Antrieb sprechen?
Nein. Wasserstoff wird derzeit mehrheitlich via Dampfreformierung aus Erdgas hergestellt, wobei CO2 entsteht. Wasserstofffahrzeuge mit so erzeugtem Wasserstoff sind nicht sauberer als herkömmliche Diesel- oder Benzinfahrzeuge. Das ist keine Alternative für die Mobilität der Zukunft.

Was braucht es Ihrer Meinung nach, damit Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft gewonnen werden kann?
Das Ziel der Energiestrategie ist es, möglichst viele Fotovoltaikanlagen (PV) zu installieren, was zu einer temporären Überproduktion von Solarstrom führt, selbst bei vollständigem Tag-Nachtausgleich mittels Stromspeicher. Diese überschüssige Energie kann zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden.

Bis ein Wasserstoffauto fährt, gehen weitere zwei Drittel der Energie für das Aufspalten von Wasser in seine Bestandteile, die Verdichtung an der Tankstelle und die Rückverstromung in der Brennstoffzelle verloren. Was sagen Sie dazu?
Das ist richtig, aber nicht von hoher Bedeutung, weil mit Wasserstoff überschüssige erneuerbare Elektrizität nutzbar gemacht werden kann, die ansonsten abgeregelt werden müsste. Bei einer Abregelung gehen 100 Prozent der Energie verloren. Dies bedeutet, dass durch die Nutzung von Wasserkraft der Wirkungsgrad des gesamten Energiesystems steigt. Natürlich ist es wichtig, dass die Verluste minimiert werden. Dazu braucht es die Materialund Technologieforschung.

Wie viel Strom braucht es, um 1 Kilo gasförmigen Wasserstoff zu erzeugen?
Industrielle Elektrolyseanlagen haben Wirkungsgrade um 70 Prozent. Um 1 Kilo Wasserstoff zu erzeugen, braucht es also ungefähr 55kWh Strom, dazu kommen ca. 7 bis 9kWh, um den Wasserstoff auf 700 bar zu verdichten und vor der Betankung auf –40° Celsius zu kühlen.

Wie weit fährt ein Auto mit 1 Kilo Wasserstoff?
Ein Mittelklassewagen fährt damit rund 100 Kilometer weit.

Wie viel Süsswasser benötigt man für 1 Kilo Wasserstoff?
Pro Wassermolekül wird 1 Wasserstoffmolekül und ein halbes Sauerstoffmolekül gebildet. Für die Herstellung von 1 Kilo Wasserstoff braucht es also 9 Kilo Wasser, sprich etwa 9 Liter.

Wird dieses Wasser vernichtet oder wird es wieder zu Wasser, das man trinken kann? Süsswasser ist ja auch nicht in unendlichen Mengen vorhanden ...
Wasser wird durch die Wasserstofftechnologien nicht vernichtet, sondern in einem Kreislauf betrieben. Dabei entsteht immer wieder gleich viel Wasser, wie in der Elektrolyse aufgespalten wurde. Es geht dabei kein Wasser verloren.

In Druckflaschen im Auto mitgeführter Wasserstoff wird mittels einer Brennzelle mit Luftsauerstoff zusammengeführt, um Strom zu erzeugen. Damit wird ein Elektromotor gespeist, mit dem das Auto angetrieben wird. Quasi wie ein batteriebetriebens Elektrofahrzeug (BEV). Doch diese fahren mit derselben Menge Strom dreimal so weit.
Dass BEV mit der gleichen Menge Strom dreimal so weit fahren, ist zwar richtig, aber nur die halbe Wahrheit. Verwendet man nämlich für die Elektrolyse überschüssigen erneuerbaren Strom, der sonst abgeregelt würde, sind Wasserstoffautos energetisch trotz Mehrverbrauch im Vorteil. Zudem kann Wasserstoff schnell betankt werden, ohne dass hohe elektrische Leistungen bereitgestellt werden müssen. Dies beschleunigt die Abkehr von fossilen Kraftwerken. Beide Antriebssysteme haben unterschiedliche Vor- und Nachteile. Sie ergänzen sich mehr, als dass sie sich konkurrenzieren.

Brennstoffzellen weisen Elektroden mit Platin, einem sehr teuren, seltenen Edelmetall, auf. Bis 2011 waren weltweit nur 350 Fundorte bekannt. Stellt sich da ein ähnliches Problem wie mit Kobalt und Lithium bei BEV – zumal auch Brennstoffautos eine Batterie mit sich führen, um die Spitzen beim Beschleunigen und Bremsen abzudecken?
Bei beiden Antriebsformen spielen die Rohstoffe eine grössere Rolle als bei konventionellen Antriebskonzepten. Bei Batterien wie auch bei Brennstoffzellen zielt die Entwicklung zu immer weniger sowie weniger heiklen oder raren Materialien und zum Recycling. Aber man muss die Rohstofffrage im Auge behalten. Leider ist das heute bei den Zulassungsvorschriften für Fahrzeuge nicht der Fall. Die EU-Kommission hat aber angekündigt, 2023 einen Vorschlag für eine neue Lebenszyklusbasierte Bewertung der Klima- und Umweltbelastung einzuführen. Das ist zwar komplex, aber ein aus meiner Sicht notwendiger Schritt.

Laut einer aktuellen Studie des Paul Scherrer Instituts (PSI) hat bei den PWs das BEV in Sachen Klimabilanz gegenüber dem Wasserstoffauto klar die Nase vorn. Hat das Wasserstoffauto überhaupt noch eine Chance für den breiten Individualverkehr oder ist diese Technologie bereits heute Schnee von gestern?
In der aktuellen schweizerischen Stromsituation mit praktisch ausschliesslich Wasser- und Atomstrom sowie wenig überschüssiger PV-Elektrizität hat das Elektroauto die Nase vorn, das ist korrekt. Doch die Situation wird sich mit der Abschaltung der AKWs und dem Zubau von PV-Anlagen ändern. Wie dies in Zukunft aussehen könnte ist Gegenstand vieler Studien, auch bei uns. Zudem nimmt bei Elektrofahrzeugen mit höherer Reichweite die Umweltbelastung aufgrund der grossen Batterien zu. Aber die Rangordnung ist sekundär. Wichtig ist, dass wir keine fossile Energie mehr einsetzen. Die Studie des PSI wie auch weitere Studien zeigen auch, dass nicht primär das Antriebskonzept massgebend ist für die CO2-Emissionen, sondern die CO2-Belastung der verwendeten Energie. Werden Elektro-, Brennstoffzellen- oder verbrennungsmotorische Fahrzeuge mit fossiler Energie betrieben, sind die CO2-Emissionen bei allen Konzepten ähnlich hoch. Und beim Betrieb mit erneuerbarer Energie ähnlich niedrig. Der Umstieg auf erneuerbare Energie ist entscheidend.

Man kann in verschiedenen Medien lesen, dass Wasserstoff höchstens im Schwerverkehr oder bei Bussen im ÖV Sinn macht. Also da, wo es um grosse Reichweiten geht und man morgens genau weiss, wo man abends tanken kann. Wo sehen Sie das Potenzial wasserstoffbetriebener Fahrzeuge?
Brennstoffzellenfahrzeuge haben einen Wasserstoffdrucktank, eine Brennstoffzelle mit Kühlanlage, eine Batterie, einen Elektromotor und einiges an Leistungselektronik an Bord. Das braucht gerade bei kleineren Fahrzeugen zu viel Platz und ist zu schwer. Ich sehe das Potenzial für Brennstoffzellenfahrzeuge bei grösseren Personen- und Lieferwagen mit hohen Laufleistungen, bei LKWs im regionalen Einsatz oder bei Bussen. Solche Anwendungen können auch mit nur punktuell vorhandener Wasserstofferzeugungs- und Betankungsinfrastruktur betrieben werden.

Wasserstoff spielt aber auch eine wichtige Rolle, wenn es um die Herstellung von Treibstoffen für Langstreckenfahrzeuge, Lastanwendungen oder den internationalen Flug- und Schiffsverkehr geht. In diesen Anwendungen könnten «synthetische Treibstoffe» eingesetzt werden. Das sind Treibstoffe, die in einem katalytischen Verfahren aus Wasserstoff und CO2 hergestellt werden. An der Empa entwickeln wir zur Zeit ein solches Verfahren.

Durch bestehende Pipelines kann Wasserstoff nicht gepumpt werden, weil er bei jedem Ventil entweicht. Ebenso wird der Stahl der Pipelines beschädigt. Folglich muss er über die Strasse zu den Tankstellen transportiert werden – unter hohem Druck, was das transportierfähige Volumen verringert. Von der Menge her, die ein Lastwagen transportieren könnte, macht ein solcher Transport wenig Sinn. Wie sehen Sie das?
Die Verteilung von Wasserstoff ist tatsächlich eine Herausforderung. Heute wird er auf Arealen von Wasserkraftwerken hergestellt – weil so keine Netznutzungskosten anfallen – und mittels Lastwagen zu den Tankstellen transportiert. Pro LKW können ca. 500 Kilo Wasserstoff transportiert werden. Das ist keine Lösung für die Zukunft. Wenn die Netznutzungsregulierung angepasst ist, könnte Wasserstoff vermehrt dezentral, beispielsweise bei Tankstellen, hergestellt oder über neu zu bauende Wasserstoffleitungen verteilt werden. Es gibt bereits Regionen in Europa, wo Wasserstoffnetze realisiert wurden. Heute ist der Verbrauch von Wasserstoff dafür aber noch zu niedrig.

Was ist Ihrer Meinung nach der idealste Weg, um Wasserstoff zu den Tankstellen und letztlich ins Auto zu bekommen?
Ein regeneratives Energiesystem bedeutet, dass wir die Energie dann beziehen, wenn sie aus erneuerbaren Quellen verfügbar ist und sie nicht – wie bisher – erst dann erzeugen, wenn sie benötigt wird. Im Sommer ist das dank grossen Fotovoltaikpotenzialen und Speichertechnologien machbar. Wasserstofftechnologien helfen dabei, weil die temporären Überschüsse nutzbar gemacht werden können. Das eigentliche Problem unserer Energiestrategie ist das Winterhalbjahr. Denn wir haben schon heute mit den AKWs nicht genügend erneuerbare Elektrizität. Die Elektro- und Wasserstoffmobilität sowie die Wärmepumpenheizungen erhöhen den Winterstrombedarf zusätzlich. Ein Lösungsansatz ist, die Winterstromversorgung über Wasserstoff zu decken, der im Sonnengürtel der Erde oder in Offshore-Windparks erzeugt und mit CO2 in Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird. Diese Kohlenwasserstoffe können über bestehende Energietransportinfrastrukturen und Handelsmechanismen in die Schweiz transportiert und hier in Wasserstoff oder Strom zurückgewandelt werden.

Der Betankungsvorgang mit Wasserstoff hat seine Tücken. Verdichteter Wasserstoff muss auf –40°C vorgekühlt werden, damit sich der Fahrzeugtank nicht zu stark erwärmt, was zu einem Festfrieren der Zapfpistole führen kann. Ebenso muss der Druck vor jedem neuen Tankvorgang erst wieder aufgebaut werden. Das braucht Zeit. Eine Tankanlage lässt deshalb nicht mehr als sechs Betankungen pro Stunde zu. Wie soll das Wasserstofftanken in Zukunft aussehen?
Die Vereisung kann an Sommertagen mit hoher Luftfeuchtigkeit auftreten, ist aber kein wirkliches Problem. Die Umgebungswärme reicht, um angefrorene Zapfpistolen innerhalb weniger Sekunden zu lösen. Die Menge an Fahrzeugen, die hintereinander betankt werden können, hängt von der Auslegung der Wasserstoffverdichter und -speicher ab. Technisch ist die Betankung einer grossen Anzahl Fahrzeuge durchaus möglich.

Gemäss NZZ vom 14. Februar 2020 gibt es in Hunzenschwil und in Dübendorf je eine Wasserstofftankstelle. Bis ein flächendeckendes Netzt aufgebaut wäre, vergeht viel Zeit, währenddessen im Prinzip jeder sein BEV zu Hause aufladen kann. Abgesehen von den vielen Ladestationen, die es bislang schon (fast) überall gibt. Hat man die Entwicklung bei den Wasserstoff-PWs verschlafen?
Der Aufbau entsprechender Lade- und Betankungsinfrastrukturen muss parallel mit dem Aufbau des Fahrzeugparks geschehen. Das ist mindestens in der Anfangsphase bei Elektroautos deutlich einfacher als bei Wasserstofffahrzeugen. Bei höherer Marktdurchdringung kann sich das aber ändern, weil Wasserstofftankstellen mit steigendem Umsatz günstiger werden.

Aus unserer Sicht braucht es beides – die Elektro- und die Wasserstoffmobilität. Welche Technologie weiter fortgeschritten ist und welche zurückliegt, ist unerheblich. Innerhalb der nächsten fünf bis sieben Jahre will ein Konsortium mit namhaften Firmen aus der Logistikbranche rund 100 Wasserstofftankstellen bauen. Das stellt für viele Anwendungen bereits eine gute Grundinfrastruktur dar.

Wasserstofffahrzeuge könnten dort eingesetzt werden, wo das Laden von Batterien nicht ohne Weiteres möglich ist. Beispielsweise für Leute, die keinen eigenen Garagen- oder Abstellplatz mit Ladestation haben oder für Flottenbetreiber, bei denen die elektrischen Installationen aufgrund zu vieler oder zu grosser Fahrzeuge zu teuer werden.

Bis Ende 2025 sollen in der Schweiz 1600 Brennstoffzellen-Lastwagen unterwegs sein. Schweizweit sind aber mehr als 40’000 LKWs immatrikuliert. Sehen Sie eine Zukunft für den Schwerverkehr, obschon die Kosten für Wasserstoff im Vergleich zum Benzin oder Diesel kaum günstiger sind?
Ja. Der LKW-Bereich kann nicht so einfach auf Elektroantrieb umgestellt werden wie Personenwagen. Dabei sind nicht primär die Fahrzeuge an sich, sondern die Infrastruktur limitierend. Stellen Sie sich ein Depot mit 30 bis 50 elektrischen LKWs vor, die alle über Nacht mit 300kWh geladen werden müssen. Selbst mit intelligenten Ladekonzepten sind enorme Anschlussleistungen erforderlich. Das wird in vielen Fällen nicht möglich oder dann sehr teuer sein.

Oder betrachten wir den Ferienreiseverkehr. Um diesen mit BEV zu bewältigen, sind sehr viele Schnellladesäulen erforderlich, die ausserhalb der Reisesaison nicht ausgelastet wären. Würden diese aber nicht aufgebaut und stiegen deshalb die Leute für Ferienreisen vom Auto auf das Flugzeug um, hätte das Klima nichts gewonnen. Die Langstreckenanwendungen sind überdurchschnittlich relevant: Die 30 Prozent längsten Fahrten sind für 70 Prozent der CO2-Emissionen des Strassenverkehrs verantwortlich!

Der Solarpionier Bertrand Piccard sagte in der Sendung 10vor10 vom 7. Juli 2020, man müsse die Erdölmultis mit ins Geschäft einbeziehen, wolle man mit Wasserstoff Erfolg haben. Nur wenn diese mitverdienen (Herstellung von Wasserstoff, Lieferung, Betankung, Tankstellennetze etc.) hätte man eine Chance. Das erscheint widersprüchlich, wenn man von diesen Firmen loskommen will. Wie beurteilen Sie diese Aussage und braucht es Ihrer Meinung nach die Erdölmultis für die Mobilität der Zukunft?
Diese Aussage von Bertrand Piccard ist meines Erachtens schon richtig. Nicht die Erdölmultis sind das Problem, sondern die CO2-Emissionen. Wenn die Erdölmultis erneuerbare Energieträger anbieten, sollten wir sie auch in Zukunft einbinden – wenn nicht, natürlich nicht. Diese Firmen haben ein enormes Wissen betreffend internationalen Energiehandel und Verteilinfrastrukturen. Wir werden auch in Zukunft Energie importieren müssen; beispielsweise im Winter. Das muss zwingend erneuerbare Energie sein, sonst sparen wir kein CO2 ein.

Warum braucht es eigentlich Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und könnte diese Antriebsform auch für die Schifffahrt eine mögliche Alternative zum Schweröl bedeuten?
Wasserstofffahrzeuge braucht es, weil wir mit steigendem Ausbau von Fotovoltaik zunehmend überschüssige, im Strommarkt nicht nutzbare erneuerbare Elektrizität haben werden. Kann diese nicht über die Elektrolyse in chemische Energie umgewandelt werden, müsste sie abgeregelt werden, was den PV-Ausbau lähmen könnte.

Für kleinere Schiffe oder Züge könnte Wasserstoff ebenfalls eingesetzt werden. Fracht- und Kreuzfahrtschiffe werden auch in Zukunft auf Kohlenwasserstoffe angewiesen sein; diese müssen aber ebenfalls aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden.

Christian Bach, wenn Sie heute ein Auto kaufen müssten, was wäre das: ein Elektroauto oder eines, das mit Wasserstoff fährt?
Weder noch – wir nutzen unser Auto primär für Langstreckenfahrten, teilweise auch mit Wohnwagen oder Anhänger. Das geht mit bezahlbaren Elektro- oder Wasserstoffautos nicht. Ich fahre deshalb ein Biogasauto. Dabei fasziniert mich, dass man aus Gülle und Grüngutabfällen Energie zum Autofahren herstellen kann – und Biogasfahrzeuge gibt es mit Anhängerkupplung.

ZUR PERSON

Der heute 57-jährige Christian Bach ist in Gstaad aufgewachsen, wo er in der Rütti die Primar- und im Ebnit die Sekundarschule besuchte. Nach seiner Lehre als Automechaniker in der Rüttigarage zog er 1984 nach Biel, wo er die Zusatzausbildung zum Automobilingenieur absolvierte. Mittlerweile wohnt er mit seiner Frau in Wangen bei Dübendorf und ist Vater von drei erwachsenen Kindern.

Seine Frau und er haben einige inzwischen erwachsene Götti- und Gottikinder im Saanenland und pflegen nach wie vor gute Freundschaften hier. «Wir sind sehr gerne im Saanenland und schätzen auch die grossartige Natur, die uns immer wieder motiviert, alles zu tun, um sie zu schützen», sagt Christian Bach. Sie verbringen jeweils ihre Skiferien in Gstaad und reisen mehrmals jährlich für Besuche oder ein Wochenende ins Saanenland.

KEREM S. MAURER