Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Dagmar Oertel • Torsten Fleischer

Brennstoffzellen-Technologie

TAB-Arbeitsbericht Nr. 067. Berlin 2000, 315 Seiten

Zusammenfassung

Die Brennstoffzellen-Technologie befindet sich in einer entscheidenden Phase. Wichtige Weichenstellungen im Prozess der Innovation sind zu erwarten. Weltweite Entwicklungsanstrengungen großer Unternehmen und umfangreiche staatliche Förderprogramme dokumentieren die Erwartung, dass mit ihrem Einsatz erhebliche Marktpotenziale erschlossen sowie Problemlösungen im Verkehrssektor und in der Energiewirtschaft gefunden werden könnten. Auch verbinden sich mit der Brennstoffzellen-Technik Perspektiven wesentlich umweltfreundlicherer Antriebe im Straßenverkehr und effizienterer sowie ökologisch vorteilhafterer Anlagen zur Wärme- und Stromerzeugung. Diese mittelfristige Perspektive wird ergänzt durch die plausible Vision eines Einsatzes von Brennstoffzellen als Brücke in eine (zukünftige solare) Wasserstoffwirtschaft und als deren zentrales Element.

In technischer Hinsicht sind solche Überlegungen einer sukzessiven Substitution von konventionellen Techniken nicht unbegründet und insbesondere in ökologischer Hinsicht gut fundiert. Brennstoffzellensysteme sind hocheffiziente Energieumwandlungssysteme, in den meisten Fällen mit Pluspunkten bei Wirkungsgrad, Verbrauch und in der Bilanz der Treibhausgase. Schließlich könnte die Brennstoffzellen-Technologie auch weitreichende Innovationsschübe mit sich bringen.

Die Realisierung dieser Potenziale der Brennstoffzellen-Technologie ist je nach Brennstoff, Verfahren und Anwendungsfeld unterschiedlich weit fortgeschritten. Zahlreiche technische Hindernisse sind in den meisten Fällen noch zu überwinden, und konkurrenzfähige Kostenstrukturen bei der Fertigung wären noch zu erreichen. Überhaupt gilt es zu bedenken, dass die Technologie der Brennstoffzelle sich gegen etablierte konventionelle und konkurrierende neue Technologien im Verkehrssektor und in der Energieerzeugung und -versorgung durchsetzen muss.

Ziel und Schwerpunkte des Berichtes

Der vorliegende Abschlussbericht versucht, ein realistisches, umfassendes und differenziertes Bild vom Stand der Entwicklung und von den Zukunftsperspektiven eines verbreiteten Einsatzes von Brennstoffzellen-Systemen und dessen möglichen Folgen zu zeichnen. Hierzu werden neben technischen Besonderheiten der Brennstoffzelle ihre unterschiedlichen Systeme beschrieben sowie ein Überblick über die im Wesentlichen nutzbaren Energieträger und Treibstoffe gegeben. Der Schwerpunkt des Berichts wird auf die differenzierte Aufbereitung des Standes und der Perspektiven der Brennstoffzellen-Technologien in den Anwendungsfeldern Verkehr, Energiewirtschaft und tragbare elektronische Kleingeräte gelegt. Für diese Bereiche werden jeweils die relevanten Systeme und ihr Entwicklungsstand benannt und die notwendige Bereitstellung von Energieträgern betrachtet. In einem szenarienhaften Ansatz und unter Anwendung der Methodik der Ökobilanz wird - differenziert nach Anwendungsfeldern - eine im Schwerpunkt ökologische Bewertung durchgeführt, ergänzt durch die Erörterung relevanter technischer Aspekte und ökonomischer Dimensionen - jeweils im Vergleich mit konventionellen Systemen. Der Zeitraum der Betrachtung erstreckt sich bis ins Jahr 2010, der räumliche Bezugspunkt ist Deutschland.

Mobile Anwendungen

Seitens der Automobilindustrie werden seit einiger Zeit deutlich verstärkte, z.T. erhebliche Anstrengungen unternommen, die Antriebstechniken im Straßenverkehr zu optimieren und dabei insbesondere den spezifischen Verbrauch zu reduzieren sowie die Emissionsbilanz zu verbessern. Neben konventionellen Optionen spielen dabei in wachsendem Umfang auch alternative Konzepte bei Antrieben und Energieträgern eine Rolle. Die Brennstoffzelle (unter Nutzung sowohl konventioneller als auch regenerativer Brennstoffe) ist hierbei zunehmend in den Vordergrund gerückt.

Brennstoffzellen für mobile Anwendungen werden derzeit hauptsächlich für den Antrieb von Straßenfahrzeugen (Pkw und Busse) diskutiert und entwickelt. Darüber hinaus sind auch weitere Ansätze - etwa Brennstoffzellen als leistungsfähige Energiequelle (Batterie-Ersatz) in Fahrzeugen mit herkömmlichem Verbrennungsmotor oder ihre Anwendung als Antriebssysteme bei elektrischen Bahnen oder bei Schiffen - vorgeschlagen und zum Teil auch weiter verfolgt worden. Im vorliegenden Bericht wird der Schwerpunkt auf den Pkw-Einsatz gelegt.

Attraktive Potenziale

Die Gründe für die zahlreichen Aktivitäten liegen in einem - allerdings in großen Teilen technisch und wirtschaftlich erst noch zu erschließenden - Potenzial der Brennstoffzelle hinsichtlich Effizienz, Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Emissionen sowie bei Innovationen in der Fahrzeugtechnik und der Möglichkeit der Diversifizierung und regionalen Differenzierung der Energiebasis des Verkehrswesens. Im Vergleich zu Verbrennungskraftmaschinen sind u.a. folgende Aspekte positiv hervorzuheben:

• Hohe Wirkungsgrade im Teillastbereich führen zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad und einem Verbrauchsvorteil. Brennstoffzellen-Antriebe haben das Potenzial, im spezifischen Kraftstoffverbrauch das niedrige Verbrauchsniveau zukünftiger Pkw mit Dieselmotoren zu erreichen oder zu unterbieten.
• Beim Fahrzeugbetrieb werden bei der Nutzung von Wasserstoff als Brennstoff keine, bei der Nutzung von Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen - verglichen mit Verbrennungsmotoren - nur geringe Emissionen freigesetzt. Je nach eingesetztem Treibstoff und Brennstoffzellen-Konzept ergeben sich deutliche Vorteile in der Bilanz der Treibhausgase sowie bei weiteren ökologisch relevanten Parametern.
• Der weitgehende Wegfall bewegter Teile im Antrieb führt zu mechanischer Einfachheit, Vibrations- und Geräuscharmut und geringerem Wartungsaufwand, der je nach Systemkonzept jedoch u.U. gegen Mehraufwendungen für die Peripherie des Brennstoffzellensystems aufzuwiegen ist. Zudem ermöglicht die Technologie eine leistungsstarke Bordenergieversorgung sowie einen weitaus größeren Spielraum beim Fahrzeugentwurf.

Für den Fahrzeugbereich wird die Realisierung dieser Potenziale am ehesten von der Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) erwartet.

Ökologische Aspekte

In nahezu allen Verkehrsprognosen wird angenommen, dass die Fahrleistungen bis zum Jahr 2010 weiter ansteigen. Eine Reduktion der CO₂-Emissionen ließe sich durch eine Verringerung der spezifischen Verbräuche von Fahrzeugen oder durch die Nutzung neuer Treibstoffe mit geringeren spezifischen CO₂-Emissionen erreichen. Einen schnell wirksamen Beitrag könnte hier die breite Einführung von verbrauchsarmen Fahrzeugen, wie sie in wachsender Vielfalt am Markt verfügbar werden, leisten. Ein weiterer schon heute kommerziell realisierter Ansatz ist die Nutzung von Erdgas in dann besonders emissionsarmen Motoren, wobei im Vergleich zu Benzin 20-30 % weniger CO₂-Emissionen entstehen.

Auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge können zur Emissionsreduktion beitragen - wenn sie in genügend großer Zahl eingeführt sind. Dies gilt allerdings nicht für alle Systeme, da bei Nutzung von aus fossilen Quellen gewonnenen Kraftstoffen - im Vergleich mit konventionellen Verbrennungsmotoren - energetischen und emissionsseitigen Vorteilen der Brennstoffzelle selbst energetische Verluste und Emissionen bei der Kraftstoffbereitstellung und -aufbereitung gegenüberstehen. Für regenerativ erzeugte Endenergieträger gilt dies eingeschränkt auch für die Emissionen, nicht jedoch für die Wasserstoffherstellung auf der Basis von emissionsfrei regenerativ erzeugtem Strom. Bei einer Beurteilung der Brennstoffzellen-Technologie ist für jede Option mit einzubeziehen, ob und in welchem Umfang eine Verlagerung von energetischen Verlusten und Emissionen aus dem Fahrzeugbetrieb in die Kraftstoffgewinnung und -herstellung erfolgt. Dies ist von politischer Relevanz insbesondere vor dem Hintergrund, dass Treibhausgasreduktionsziele auch von einzelnen Branchen und Verbänden - nicht zuletzt im Rahmen von Selbstverpflichtungen - angestrebt werden.

Brennstoffzellen-Pkw mit Wasserstoff im Tank sind Nullemissionsfahrzeuge. Brennstoffzellen-Pkw mit Methanol und weitgehend auch solche mit Kohlenwasserstoffen als Kraftstoff werden den zukünftigen europäischen Emissionsstandard für Pkw EURO4 (ab 2005) und auch die strengen kalifornischen Emissionsstandards erfüllen und z.T. auch deutlich unterbieten.

Allerdings erlauben auch neue verbrauchsoptimierte Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor einen Betrieb mit lokalen Emissionen, die beinahe Null sind. Insofern kann als These formuliert werden, dass verkehrsbedingte Umweltbelastungen mit einer Optimierung des Verbrennungsmotors in ausreichendem Maße und vor allem mit geringerem finanziellen Aufwand reduziert werden können, so dass sich die Entwicklung alternativer Antriebstechnologien, wie die des Brennstoffzellen-Fahrzeuges, nicht aufdrängt. Gegenüber einer solchen Perspektive wäre allerdings anzumerken, dass mittel- und längerfristig und bei einer umfassenderen Betrachtung eine weitergehende Reduktion der direkten Abgasemissionen bei Pkw notwendig sein könnte - vor allem dann, wenn infolge der allgemeinen Verkehrszunahme die Schadstoffemissionen wieder ansteigen werden, weil das Optimierungspotenzial beim Verbrennungsmotor zunehmend ausgeschöpft sein wird. Zudem könnten dann, wenn Nullemissionsfahrzeuge eine wettbewerbsfähige Option darstellen, diese vom Verbraucher verstärkt nachgefragt - oder ihr Einsatz seitens der Politik oder von Umweltverbänden gefordert - werden. Bereits die aktuellen technischen Entwicklungen und die sich abzeichnenden Verschärfungen bei den Emissionsstandards bei Fahrzeugen mit konventionellen Verbrennungsmotoren legen die intensive Prüfung einer Einführung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen nahe.

Bei einem Einsatz von Brennstoffzellen in Fahrzeugen ist eine Einbeziehung des Kraftstoffversorgungssystems und der eingesetzten Energieträger wesentlich: Wasserstoff als direkter Kraftstoff für Brennstoffzellenantriebe stellt aus heutiger Sicht eher eine langfristige Perspektive dar, wenngleich seitens der Industrie derzeit die Machbarkeit einer Wasserstoff-Basisinfrastruktur in Deutschland ab etwa 2005 untersucht wird. Für den breiten Energiemarkt dürften dennoch in den nächsten 20 bis 30 Jahren noch andere - sowohl aus regenerativen und fossilen Energiequellen gewinnbare - Energieträger, v.a. flüssige Alkohole (Methanol) beziehungsweise Kohlenwasserstoffe (Benzin), Vorrang haben. In beiden Fällen muss der getankte Kraftstoff im Fahrzeug in Wasserstoff umgewandelt werden. Dabei sind mit Methanol einfachere und effektivere Ansätze bei den Antrieben realisierbar, allerdings ist derzeit keine ausreichende Methanol-Infrastruktur vorhanden. Benzin hingegen bedingt aufwendige Brennstoffzellensysteme, jedoch könnte auf einer eingeführten Kraftstoffproduktion und -verteilung - wenn auch mit bislang unzureichender Kraftstoffqualität für Brennstoffzellen - aufgebaut werden.

Die ökobilanzielle Bewertung ergibt positive Merkmale in Abhängigkeit vom eingesetzten Brennstoff:

• Brennstoffzellen-Fahrzeuge, die mit Wasserstoff betrieben werden, der mittels regenerativ-erzeugter Elektrizität gewonnen wurde, weisen gegenüber konventionellen Antrieben für alle Wirkungskategorien deutliche Vorteile auf.
• Bei den Wirkungskategorien Versauerung, Eutrophierung und Photosmog weisen Brennstoffzellen-Fahrzeuge, die mit fossilen Energieträgern betrieben werden, generell deutlich günstigere Werte auf, bei Biokraftstoffen auf der Basis von Energiepflanzen aber deutlich ungünstigere als konventionell betriebene Fahrzeuge.
• Bei der Wirkungskategorie Kanzerogenität liegen Brennstoffzellen-Antriebe einheitlich deutlich günstiger als konventionelle Antriebe.
• Die Beiträge zum Treibhauseffekt sind bei den mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellen-Fahrzeugen (Ausnahme: aus fossilen Quellen gewonnener Flüssigwasserstoff) und für alle Bioenergieträger niedriger als beim Pkw mit Otto-Motor, die Beiträge bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen mit Methanol, Dimethylether (DME) und Benzin als Kraftstoff sind denen für Otto-Pkw in etwa vergleichbar.
• Hinsichtlich des Verbrauchs erschöpflicher Energieträger sind alle Optionen mit regenerativen Kraftstoffen sowie das zentral aus fossilen Quellen erzeugten Druckwasserstoff nutzende Fahrzeug mit Vorteilen verbunden. Für Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit Methanol, Dimethylether (DME) und Benzin als Kraftstoff liegen die Werte allerdings ungünstiger als bei konventionellen Antrieben.

Da die wichtigen potenziellen Brennstoffzellen-Kraftstoffe Wasserstoff und Methanol aus verschiedenen Primärenergieträgern herstellbar sind, wird für entsprechende Antriebe eine regionale Differenzierung und Diversifizierung von Energieträgern für den Verkehr realisierbar. Zudem könnte die technische Basis für die Nutzung regenerativer Energien im Verkehr geschaffen und ein gleitender Übergang von der erdölbasierten in die regenerative Treibstoffversorgung ermöglicht werden. Auch aus diesem Grund ist die Brennstoffzelle im Fahrzeug eine Option für die nahe Zukunft, die weiter verfolgt werden sollte.

Mittel- und langfristig sollten Optionen für den Einsatz erneuerbarer Energieträger im Verkehr (und in anderen Bereichen) eröffnet werden. Dies ist nicht nur aus Emissions- und Klimaschutzgründen, sondern auch wegen der beschränkten Verfügbarkeit fossiler Energiequellen notwendig. Die Reichweiten fossiler Energieträger sind begrenzt, und die Übertragung des Konzepts einer auf Erdöl basierenden mobilen Gesellschaft auf den heute noch wenig motorisierten Teil der Welt ist nicht verantwortbar.

Ökonomische Aspekte

Insgesamt ist die Entwicklung von Brennstoffzellen für mobile Anwendungen geprägt durch die Diskussion über den "richtigen" Kraftstoff, den Nachweis der Funktionstüchtigkeit der Technik in der Anwendung - insbesondere im Langzeitbetrieb -, die aus heutiger Sicht erforderliche massive Kostensenkung und die Frage nach der Markteinführung. Für eine Marktakzeptanz müssen einige technische und ökonomische Barrieren überwunden und nutzer- sowie kapitalseitige Vorteile deutlicher als bislang sichtbar werden. Gegenwärtig liegen keine verlässlichen Angaben über zu erwartende Kosten (und Preise) von Fahrzeugen mit Brennstoffzellen-Antrieben vor. Eine grobe Abschätzung zeigt, dass der Mehrpreis für Anschaffung und Betrieb um 30-50 DM/kW in der Mittelklasse (absolut zwischen 1.500 und 2.500 DM) bei erwarteten Benzinpreisen um 2,25 DM/l liegen dürfte. Nach Angaben von Fahrzeugherstellern soll der Preis für ein Brennstoffzellenfahrzeug "dem eines vergleichbaren Modells mit Dieselmotor und Automatik entsprechen". Dies wäre etwa mit einem Aufpreis von 2.000 DM gegenüber einem Diesel-Fahrzeug und 5.000 DM gegenüber einem vergleichbaren Benzin-Fahrzeug. Zum Erreichen dieses - aus heutiger Perspektive äußerst ehrgeizigen - Zieles wäre eine Fertigung von einigen zehntausend Einheiten pro Jahr erforderlich.

Rahmenbedingungen

Eine breite Einführung neuer Energieträger im Verkehrssektor würde - weitgehend unabhängig von der Antriebstechnik - seitens der Politik Koordination und Unterstützung im Bereich der Zulassung dieser Stoffe als Kraftstoffe und bei der europaweiten Harmonisierung der Zulassungsvorschriften erfordern. Auch der Aufbau geeigneter Infrastrukturen scheint - solange sich Fahrzeug- und Mineralölindustrie nicht auf eine gemeinsame Strategie einigen - stärkeren Engagements von politischer Seite zu bedürfen. Beide Prozesse müssen einer Einführung solcher Energieträger und entsprechender neuer Antriebe zeitlich vorangehen (für Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit Methanol ist derzeit das Jahr 2004 geplant), damit sich ein weitgehend selbst tragender Markt ausbilden kann.

Forschung und Entwicklung

Im Mittelpunkt der FuE-Tätigkeit dürfte in den nächsten Jahren der Brennstoffzellen-Antrieb selbst stehen. Schwerpunkte in diesem Bereich sind u.a.

• Entwicklung von effizienten und dynamischen Antriebssystemen,
• Entwicklung von kompakten Einheiten sowie Miniaturisierung von Bauteilen und des Gesamtsystems,
• Entwicklung von Speichersystemen,
• Erhöhung der Betriebssicherheit und Verbesserung der Praxistauglichkeit.

Daneben sind Arbeiten am Gesamtsystem Brennstoffzellen-Fahrzeuge erforderlich. Der Schwerpunkt dürfte dabei die Reduktion der Kosten sein. Ansätze dazu sind - neben entsprechenden Effekten durch hohe Stückzahlen in der Fertigung - vor allem im Fertigungsprozess selbst zu finden, etwa durch den Einsatz neuer Materialien oder die Verringerung des Edelmetall-Einsatzes.

Ergänzend müssen die Fragen nach dem "richtigen" Energieträger und der Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur beantwortet werden. Forschungsschwerpunkte in diesem Bereich dürften u.a. zu erwartende Veränderungen von Kraftstoff-Herstellungsprozessen, Verfahren zur wirtschaftlichen und umweltverträglichen Bereitstellung regenerativer Kraftstoffe, die Definition weltweit vergleichbarer Kraftstoffspezifikationen, der Umgang mit Kraftstoff-Gefahrenpotenzialen, Erfordernisse beim Aufbau von neuen Kraftstoffinfrastrukturen und die Definition praxisnaher Vergleichskriterien sein.

Stationäre Energieversorgung

Die stationäre Energieversorgung befindet sich in einer Umbruchphase. Durch die zunehmende Liberalisierung der Energiemärkte zeichnen sich rasche Veränderungen hinsichtlich eingesetzter Techniken und Brennstoffe ab. Ein wesentlicher Trend ist die Dezentralisierung der Strom- und Wärmebereitstellung, so dass sich neben klassischen Heizungsanlagen-Herstellern auch überregionale Elektrizitätsversorgungsunternehmen für alternative Techniken wie die Brennstoffzelle interessieren. Daneben besteht auch in der Strom- und Wärmeversorgung nach wie vor ein Bedarf an wirkungsgradverbesserten Energieumwandlungstechniken, die den hohen Anteil klimarelevanter Schadstoffemissionen von Kraft- und Fernheizkraftwerken sowie Kleinfeuerungsanlagen reduzieren.

Attraktive Potenziale

Aus einer anfänglich abwartenden Haltung Anfang bis Mitte der 90er Jahre ist mittlerweile eine positive Einstellung zur Brennstoffzellen-Technologie erwachsen. Dies ist anhand erheblich gewachsener Entwicklungsanstrengungen und zahlreicher strategischer Allianzen dokumentierbar. Gründe für diese Aktivitäten liegen in den erwarteten Potenzialen, die allerdings technisch wie wirtschaftlich noch erschlossen werden müssen:

• Hohe Wirkungsgrade auch im Teillastbereich führen zu hohen Gesamtwirkungsgraden, die z.B. bei Kopplung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit einer Gasturbine in Bereiche vorstoßen, die mit konventionellen Techniken allein nicht erreicht werden können. Damit verbunden ist eine Abnahme des spezifischen Bedarfs an Primärenergieträgern sowie von spezifischen Schadstoffemissionen.
• Brennstoffseitig bietet sich bei fossilen Energieträgern die Nutzung von Erdgas an, welches sich durch eine bereits verfügbare Infrastruktur auszeichnet. Mittel- bis langfristig bietet sich analog zum Verkehrsbereich der Ausbau einer (regenerativ basierten) Wasserstoffinfrastruktur an.
• Neu ist die mit Hilfe der Brennstoffzelle technisch attraktiv umsetzbare Perspektive des breiten Einsatzes der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung im Haushaltsbereich. Daneben ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit zur Einspeisung von überschüssigem Strom in das örtliche Stromnetz.
• Durch den Wegfall mechanisch bewegter Teile nimmt der Wartungsaufwand deutlich ab.

Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen werden derzeit für fast alle Einsatzfelder der stationären Energieversorgung diskutiert. Da die gesamte Bandbreite der Brennstoffzellen-Typen in Betracht gezogen wird, kommen auch gegenüber der Brenngaszusammensetzung robustere Brennstoffzellen-Typen in Betracht. Damit wäre ein breiteres Segment an Brenngasen (z.B. Klär- und Industriegase) für eine energetische Nutzung erschließbar.

Hausenergieversorgung, Kleinverbrauch

Die Entwicklungsbemühungen für die Haus- und Siedlungsenergieversorgung zeigen, dass zurzeit vor allem die PEMFC, mit Abstrichen auch die phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC) und die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) in Betracht kommen. Im technischen Vergleich zu konventionellen Heizungsanlagen sind diese Brennstoffzellen-Systeme als gleichwertig anzusehen. Haupthandicap ist ihr (momentan noch) zu hoher Preis. Darüber hinaus steht generell eine technische und kostenseitige Optimierung der Brennstoffzellen-Systeme noch aus. Das anspruchsvollste Ziel dürfte die Erreichung einer Lebensdauer von etwa 40.000 Betriebsstunden sein.

Als Brennstoffe für Brennstoffzellen-Systeme in der Gebäudeenergieversorgung sind neben Wasserstoff vor allem Erdgas, aber auch Heizöl, Benzin und Methanol in der Erprobung. Konventionelle Brennstoffe, wie Erdgas oder Heizöl, bieten den Vorteil einer vorhandenen Infrastruktur und sind den Nutzern vertraut. Da die Energiebilanz am Reformer günstiger ausfällt, je reiner und wasserstoffhaltiger der Einsatzstoff ist, sind Kohlenwasserstoff-Gemische (Heizöl, Benzin etc.) verfahrenstechnisch gesehen ungeeigneter, hätten jedoch eine strategische Bedeutung für eine Übergangszeit bis zur Etablierung einer Wasserstoffinfrastruktur.

Ökologische Aspekte

Da die Brennstoffzelle selbst nur Wasserdampf an die Umgebung abgibt, führt eine direkte Wasserstoffversorgung vor Ort zu einer wenig komplexen Anlage ohne Schadstoffemissionen, womit ein Beitrag zur lokalen Emissionsminderung geleistet werden könnte.

Emissionen werden jedoch bei der Bereitstellung von Wasserstoff auf fossilem Wege freigesetzt. Insofern ist unter Umweltgesichtspunkten eine regenerative Bereitstellung des Wasserstoffs adäquater. Bei fossilen Energieträgern fällt eine Versorgung mit Erdgas günstiger aus als mit Heizöl. Trotz des höheren Wirkungsgrades von Methanol im Vergleich zum Heizöl-Einsatz in Brennstoffzellen-BHKW werden die höheren Emissionen bei der Herstellung von Methanol nicht kompensiert. Dies stellt sich bei Methanol regenerativen Ursprungs günstiger dar. Somit bietet sich aus Gründen des Klimaschutzes der Einsatz von fossil bereitgestelltem Methanol als Brennstoff nicht an, vielmehr wäre der Einsatz von Erdgas sinnvoller. Ein damit verbundener Mehrverbrauch an Erdgas - verstärkt durch Zuwächse in anderen Bereichen (z.B. Fahrzeuge, Kraftwerke) - ist allerdings aus strategischen Gründen (z.B. Importabhängigkeit, Verknappung fossiler Ressourcen) nicht unproblematisch.

Ökonomische Aspekte

Eine Analyse der ökonomischen Aspekte von Brennstoffzellen-Systemen in der Hausenergieversorgung zeigt u.a., dass sie von der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit noch entfernt sind, dass diese aber im Vergleich zur mobilen Anwendung leichter erreichbar sein dürfte. Dies liegt u.a. daran, dass die spezifischen Investitionen im stationären Bereich bei konventionellen Anlagen im Vergleich zum mobilen deutlich höher sind. Anlegbare Investitionen für ein Brennstoffzellen-BHKW im Leistungsbereich von 1-10 kW (el) liegen damit etwa bei 2.000 bis 4.000 DM/kW (el) für das Brennstoffzellen-System bestehend aus Brenngasaufbereitung, Zellstapel und Wechselrichter, was in etwa in der Größenordnung herstellerseitiger Angaben liegt. Für größere z.B. siedlungszentral aufgestellte Anlagen sollten aufgrund von Skalierungseffekten tendenziell etwa 2.000 DM/kW (el) erreichbar sein.

Aufgrund der momentan noch vergleichsweise hohen Anschaffungskosten bieten sich zur Finanzierung von Brennstoffzellen-Systemen neue Finanzierungsmodelle an. Dies sind zum einen Leasingmodelle und zum anderen die Nutzung von Energiedienstleistungs-Paketen.

Perspektiven eines verbreiteten Einsatzes

Aufgrund ihrer Modularität weisen Brennstoffzellen ein breites Einsatzpotenzial auf. Interessant erscheinen momentan die Varianten der Einzelhausversorgung (Brennstoffzelle und Reformer im Keller) und die Siedlungsversorgung mit Wärmeverteilung via Nahwärmenetz (Reformer und Brennstoffzelle siedlungszentral aufgestellt). Die zentrale Bereitstellung von Wasserstoff in größerem Umfang ist erst mittel- bis langfristig realisierbar (Infrastrukturaufbau).

Im Hinblick auf eine breite Implementierung von Brennstoffzellen in Haushalten sowie im Kleinverbrauch wurden verschiedene Substitutionsvarianten und deren Effekte im Jahr 2010 analysiert (Bezug: Trendskizze von Prognos). Bei einer angenommenen 10%igen Substitution von Brennstoffzellen- (PEMFC-Referenzsystem mit Spitzenlastkessel) gegen konventionelle Heizungsanlagen in Haushalten wären die Folgen eine veränderte Struktur der Energieträger (und der Nachfrage nach Strom, Fernwärme, Erdgas und Heizöl) und damit eine Reduktion der Emission klimarelevanter Gase. Grob zusammengefasst, ergäbe sich eine Verschiebung hin zum Erdgas (bis zu 18 % Verbrauchszuwachs), Heizöl, Fernwärme und Strom nähmen entsprechend ab.

Für die Emission klimarelevanter Gase hieße dies in Bezug auf CO₂, dass bereits bei einer 10%igen Substitution konventionelle Heizsysteme bis zu 2,3 % der CO₂-Emissionen aus Haushalten aus den genannten vier Energieträgern eingespart werden könnten. Gesondert zu erwähnen sind die positiven Auswirkungen auf die lokale Emissionssituation, wo sich zeigt, dass das erdgasbetriebene Brennstoffzellen-BHKW die geringsten Emissionen aufweist.

Forschung und Entwicklung

Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht bei der Optimierung der Brennstoffzellen-Systeme in Bezug auf eine verbesserte Langzeitstabilität zur Erreichung der Lebensdauer von 40.000 Betriebsstunden bei deutlicher Senkung der Kosten. Hierbei könnten insbesondere bei der PEMFC Synergieeffekte zum mobilen Bereich genutzt werden. Des Weiteren hat sich die Anpassung der klassischen Brenngasaufbereitung an die Größenordnung der Gebäudeenergieversorgung als erheblich schwieriger erwiesen als ursprünglich angenommen. Daher besteht Forschungsbedarf im Hinblick auf die Miniaturisierung heute üblicher Reformerverfahren für den Einsatz fossiler Brennstoffe (Erdgas, Heizöl etc.).

Die kommerzielle Verfügbarkeit von Speichermedien für Wasserstoff mit erwarteten Speicherdichten (vergleichbar etwa denen von Kohlenwasserstoff-Nanofasern) könnte die dezentrale Energieversorgung auch von dünn besiedelten Regionen mit Wasserstoff rentabler machen und zum anderen die Markteinführung technisch erheblich vereinfachen. Da die verfügbaren Optionen zur Wasserstoffspeicherung momentan jedoch keine praktikable Alternative darstellen, besteht hier Forschungsbedarf.

Industrielle Energieversorgung, öffentliche Stromversorgung

Für Anwendungen in der industriellen Kraft-Wärme-Kopplung und der öffentlichen Stromversorgung eignen sich Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC, Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen [MCFC]) am besten. Beide Systeme befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, ermöglichen jedoch den Einsatz eines breiten Spektrums an Brennstoffen.

Solche Brennstoffzellen-Systeme konkurrieren im unteren Leistungsbereich mit Gasturbinen und Motor-BHKW, im oberen Leistungsbereich mit GuD-Kraftwerken. Konventionelle Anlagen weisen gegenüber Brennstoffzellen-Anlagen einen deutlichen Praxisvorsprung und vergleichsweise niedrige Kosten auf. Zudem weisen auch konventionelle Anlagen noch diverse Entwicklungspotenziale auf. Brennstoffzellen können neben der Abdeckung eines breiten Anforderungsspektrums mit folgenden Vorteilen aufwarten:

• Höhere Stromkennzahlen von Hochtemperatur-Brennstoffzellen im KWK-Betrieb kommen dem Trend des steigenden Stromverbrauchs in der Industrie entgegen. Sie sind deshalb optimal bei industriellen Verbrauchern mit hoher Stromintensität einsetzbar.
• Hohe Teillastwirkungsgrade kommen bei expliziten Teillastanforderungen, wie etwa in Regelkraftwerken oder beim gezielten An- und Abfahren von Wärme- oder Stromlasten bei KWK-Anlagen, zum Tragen. Zusammen mit ihrem schnellen Lastwechselverhalten könnte dies ein Pluspunkt für Hochtemperatur-Brennstoffzellen im liberalisierten Energiemarkt sein, da aus Kostengründen die Bedeutung von dezentral errichteten Regelkraftwerken eher zunehmen könnte.
• Die gesamte Abwärme wird flexibel auf einem hohen Temperaturniveau zur Verfügung gestellt. Damit können sowohl Fernwärmenetze als auch GuD-Kraftwerke bedient werden.

Langfristig ist aufgrund des noch ausbaufähigen elektrischen Wirkungsgrades die Kombination von Brennstoffzellen mit GuD-Technik für hocheffiziente Gas- und Kohlekraftwerke interessant. Insbesondere könnte durch diese Kombination der CO₂-Nachteil des Brennstoffs Kohle weiter verringert werden, da vergleichbare Wirkungsgradsteigerungen mit konventionellen Kohlekraftwerken nicht zu erwarten sind.

Ökologische Aspekte

Insgesamt sind Brennstoffzellen konventionellen Systemen in Bezug auf ihre Umweltwirkungen in fast allen Bereichen überlegen. Sie können insbesondere einen deutlichen Beitrag zur Minderung von Treibhausgasemissionen liefern. Bei einer Einordnung dieser positiven Beiträge ist aber zu berücksichtigen, dass auch konventionelle Energieumwandlungstechniken unter Emissionsgesichtspunkten noch deutliche Reduktionspotenziale aufweisen. Zwar weisen Brennstoffzellen lokal betrachtet den Vorzug von "Null-Emissionen" an Schadstoffen auf, vorgelagerte Brennstoffketten wirken sich jedoch auf die Gesamtbilanz aus. Hohe Emissionsanteile einiger Brennstoffketten bleiben den Brennstoffzellen als "ökologischer Rucksack" erhalten. Minderungspotenziale ergeben sich im Primärenergieverbrauch, bei den Treibhausgasen, der Versauerung sowie bei den Stickoxidemissionen. Aus Sicht der Primärenergieersparnis und der Reduzierung von Treibhausgasemissionen sind Brennstoffzellen somit sowohl für die reine Stromerzeugung als auch gekoppelt in KWK sinnvoll einsetzbar. Im Einzelnen ist Folgendes festzustellen:

• Brennstoffzellen sind - bei Brennstoffgleichheit - in Bezug auf die betrachteten Umwelteinwirkungen (mit Ausnahme von NMVOC-Emissionen) den untersuchten konventionellen Systemen in der industriellen Kraft-Wärme-Kopplung überlegen.
• Die Minderungseffekte bei Treibhausgasen und beim Verbrauch erschöpflicher fossiler Ressourcen sind beim Übergang von einem fossilen auf einen regenerativen Brennstoff besonders ausgeprägt. In Bezug auf den Treibhauseffekt und den Verbrauch erschöpflicher fossiler Ressourcen ist der Brennstoff ausschlaggebender als die Energieumwandlungstechnik.
• Die Vorteile biogener Brennstoffe in Bezug auf Treibhauseffekt und Ressourcenverbrauch lassen sich unter Umweltgesichtspunkten effizient mit denen von Brennstoffzellen verknüpfen. Insgesamt gesehen können Brennstoffzellen bei weiterer Erschließung des Potenzials regenerativer Energieträger - auch unter Berücksichtigung der vorgelagerten Kette - einen deutlichen Beitrag zum Klimaschutz liefern.
• Bei Integration von Hochtemperatur-Brennstoffzellen in Braunkohlekraftwerke kann durch Wirkungsgradsteigerung gegenüber zukünftigen Dampfkraftwerken von einer Primärenergieeinsparung ausgegangen werden.
• Der ökologisch verträgliche Einsatz vergaster oder vergärter (Rest)Biomasse (fast neutrale CO₂-Bilanz, kein Verbrauch erschöpflicher Ressourcen) kann in Brennstoffzellen ohne deutliche Verschlechterungen in anderen Umweltwirkungskategorien erfolgen.

Ökonomische Aspekte

Für den Einsatz in der industriellen Kraft-Wärme-Kopplung liegen die "zulässigen" (anlegbaren) Investitionen eines Hybrid-Systems (Hochtemperatur-Brennstoffzelle kombiniert mit Gasturbine) etwa 15-20 % über denen eines vergleichbaren Gasturbinen-Systems, in der zentralen Stromerzeugung um bis zu 30 % gegenüber einem GuD-System.

Der vergleichsweise hohe elektrische Wirkungsgrad von Brennstoffzellen in allen Leistungsbereichen wirkt sich tendenziell positiv auf die Brennstoffkosten aus. Jedoch ist hierbei zwischen dem Einsatz von konventionellen Brennstoffen und deren Alternativen (z.B. Wasserstoff), für die noch keine Infrastruktur existiert, zu differenzieren. Die Lebensdauer der Brennstoffzellen-Stacks liegt derzeit noch weit unterhalb üblicher Standzeiten konventioneller Technologien. Der dadurch notwendige Stack-Wechsel nach ca. fünf Betriebsjahren wirkt sich negativ auf die Stromgestehungskosten aus. Unter den zurzeit geltenden Rahmenbedingungen und bei gleich bleibenden gesetzlichen Emissionsanforderungen für (konventionelle) Energieumwandlungsanlagen ist für potenzielle Betreiber eines Brennstoffzellen-Systems kein ökonomischer Vorteil erkennbar. Dies könnte sich bei einer Verschärfung von Emissionsstandards ändern.

Einsatzpotenzial von Hochtemperatur-Brennstoffzellen

Der Einsatz von Hochtemperatur-Brennstoffzellen in der stationären Energieversorgung wird wahrscheinlich kurz- bis mittelfristig zuerst in dezentralen Anlagen mit kleiner Leistung erfolgen. Mit einem Einsatz von Hochtemperatur-Brennstoffzellen in Kraftwerken ist eher langfristig zu rechnen. Eine Markteinführung wird erst nach erfolgreicher Demonstration ihrer technischen Reife erfolgen. Augenblicklich sind noch Vorleistungen zu erbringen, die die momentane Differenz zwischen Marktpreis und den bisher hohen Fertigungskosten abdecken.

Die Kopplung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Gasturbinen eröffnet ein attraktives Marktsegment, da hiermit eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und damit eine Verringerung der Emissionen einhergehen. Dies trifft auch auf eine Integration in Kohlegas-GuD-Kraftwerke zu, deren Markteinführung mittelfristig zu erwarten ist. Mit Hilfe der Kohlevergasung könnte eine effizientere Nutzung heimischer Rohstoffe erfolgen, was u.U. Exportchancen (China, Indien) eröffnet.

Der "klassische" dezentrale KWK-Markt wird voraussichtlich infolge der Liberalisierung schrumpfen, was u.a. auch Marktchancen von Brennstoffzellen negativ beeinflusst. Andererseits wird seitens der EU ein Ausbau des Anteils von KWK-Anlagen angestrebt, was zu einem Aufbau entsprechender Märkte in Europa führen könnte. Sinkende Strompreise und zunehmende Planungsunsicherheit spiegeln sich in angestrebten kurzen Amortisationszeiten neuer Anlagen zur Begrenzung des Investitionsrisikos wider. Dadurch werden Neuanlagen mit geringen Anfangsinvestitionen begünstigt. Effiziente Energieumwandlungskonzepte wie Brennstoffzellen, die vergleichsweise hohe Anfangsinvestitionen erfordern und sich erst langfristig über die Brennstoffeinsparung rentieren, haben deshalb Nachteile.

Weiter wird davon ausgegangen, dass an Stelle von großen Anlagen voraussichtlich mehrere räumlich verteilte, kleinere Anlagen zugebaut werden, was u.a. das Investitionsrisiko verringert. Für den Betrieb solcher Anlagen eignen sich neben der Brennstoffzelle u.a. auch Motoren oder Gasturbinen. Damit hängt die Marktintegration der Brennstoffzelle davon ab, ob sie den neuen Anforderungen flexibel und zu konkurrenzfähigen Preisen genügen kann. Durch energie- und umweltpolitische Maßnahmen ließe sich dieser Prozess ggf. unterstützen.

Forschung und Entwicklung

Brennstoffzellen für größere Anlagen befinden sich noch weitgehend im Entwicklungsstadium. Bevor größere Pilotanlagen gebaut werden können, besteht noch ein enormer Entwicklungsbedarf u.a. im materialtechnischen Bereich. Insbesondere sind Materialien notwendig, welche hohen Temperaturen korrosionsfrei standhalten, gut verarbeitbar sind und kostengünstig zur Verfügung stehen. Einen wesentlichen Beitrag hierfür, aber auch zur Verringerung von Dichtungsproblemen (Isolationsaufwand) und von vergleichsweise langen Kaltstartzeiten, versprechen Bemühungen zur Absenkung der Betriebstemperaturen von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die jedoch weiter intensiviert werden müssten. Daneben steht auch hier eine Optimierung der Gesamtsysteme in Bezug auf Langzeitstabilität an.

Rahmenbedingungen

Eine breite Einführung von Brennstoffzellen in der stationären Energieversorgung ist derzeit weniger (wie im mobilen Bereich) an die Einführung neuer Brennstoffe gebunden. Primär wird für eine erwartete Markteinführung seitens der Industrie auf Erdgas gesetzt. Momentan wird davon ausgegangen, dass Brennstoffzellen-Systeme noch keine "Selbstläufer" am Markt darstellen, da deren ökonomische Attraktivität durch die derzeit noch vergleichsweise hohen Investitionen begrenzt wird. Da jedoch auch ökologische Vorteile bei einem breiten Einsatz von Brennstoffzellen im stationären Bereich erkennbar sind, könnte der Prozess der Einführung und Etablierung am Markt seitens der Politik (z.B. durch geeignete Markteinführungsprogramme) unterstützt werden.

Auf längere Sicht ist auch im stationären Bereich der Einsatz neuer Energieträger (z.B. Wasserstoff) sinnvoll. Der Aufbau entsprechender Infrastrukturen sollte dabei abgestimmt mit der Infrastrukturentwicklung im mobilen Bereich erfolgen.

Brennstoffzellen in tragbaren Kleingeräten

In einem weiter stark expandierenden Markt von Kleingeräten haben Brennstoffzellen gute Chancen, erhebliche Marktanteile zu gewinnen. Für tragbare elektrische Kleingeräte sind besonders Niedertemperatur-Brennstoffzellen wie die PEMFC und die DMFC geeignet. Für sog. CCC-Anwendungen (Computer, Cellular Phones, Camcoder) werden voraussichtlich Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) am ehesten die Marktreife erreichen. Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) haben ebenfalls gute Chancen, befinden sich jedoch zurzeit noch im Laborstadium.

Attraktive Potenziale

Der Energieverbrauch neuer Kleingeräte nimmt schneller zu als die Energiedichte neuer Batterien - mit der Folge kürzerer Betriebszeiten. Hier wird der Einsatz der Brennstoffzellen attraktiv, auch weil erwartet wird, dass der Markt für Kleingeräte weiter expandiert. Dieser Bedarf könnte durch Mini-Brennstoffzellen-Systeme (z.B. mit Metallhydridspeicher) gedeckt werden.

Die Vorteile von Brennstoffzellen gegenüber Batterien und Akkumulatoren liegen in deutlich erhöhten netzunabhängigen Betriebszeiten bei effektiver Nutzung eines begrenzten Platzangebotes, günstigem Gewicht, flexibler Lastdynamik und relativ niedrigen Betriebstemperaturen. Da hier Brennstoffzellen in Laborgröße in Frage kommen, ist keine weitere Skalierung notwendig.

Aufgrund der vergleichsweise kurzen Lebensdauer von Batterien und Akkumulatoren und einer daraus resultierenden relativ schnellen Austauschmöglichkeit gegen Brennstoffzellen dürften tragbare Kleingeräte als Marktsegment am schnellsten erschließbar sein.

Ökologische Aspekte

Als Brennstoff für tragbare elektrische Kleingeräte, die mit einer PEMFC ausgestattet sind, ist der Einsatz von reinem Wasserstoff aufgrund der Handlichkeit solcher Systeme vorzuziehen. Aus Gründen der Brennstofflogistik kommen auch haushaltstypische, kohlenstoffstämmige Brennstoffe in Betracht. Hierzu sind Mini-Reformer notwendig, an denen bereits gearbeitet wird. Der Direkteinsatz von Methanol in DMFC-Systemen ist energetisch gesehen günstiger als eine Reformierung zu Wasserstoff.

Vor Ort entstehen bei der PEMFC nur Wasser, bei der DMFC neben Wasser noch CO₂ in geringen Mengen. Wasserstoff kann über einen Mini-Elektrolyseur erzeugt werden, dessen Strom auch regenerativ bereitgestellt werden kann. Der Emissionsbeitrag von Mini-Brennstoffzellen wird nicht wesentlich durch den Brennstoffpfad bestimmt, sondern - eher positiv - durch die lange Lebensdauer des Brennstoffzellen-Systems. Deshalb und wegen der teilweisen Recyclingfähigkeit könnten Brennstoffzellen bei einer Substitution von signifikanten Mengen an Akkumulatoren einen wichtigen Beitrag zur Müllvermeidung leisten.

Ökonomische Aspekte

Die Konkurrenztechnologie sind herkömmliche Batterien und Akkumulatoren (Primär- und Sekundärzellen). Die "Messlatte" ist der Lithium-Ionen-Akkumulator, der nach heutigem Stand der Technik die höchste Energiedichte - allerdings auch den höchsten Preis aller Akkumulatoren - aufweist.

Die Vorteile von Batterien und Akkumulatoren liegen in ihrer heutigen Verfügbarkeit zu Marktpreisen. Nachteilig sind die geringe Anzahl der Ladezyklen und die sich daraus ergebenden Entsorgungsprobleme von Batterien. Weitere Probleme treten hinsichtlich der Zyklenstabilität, der Selbstentladung und des Memoryeffektes auf. Prinzipiell neue Akku-Systeme sind nicht "in Sicht".

Brennstoffzellen haben den kostenseitig relevanten Vorteil einer deutlich höheren Lebensdauer. Aufgrund der räumlichen Trennung von Zelle und Brennstoffspeicher kann keine Selbstentladung auftreten. Darüber hinaus sind die einsetzbaren Metallhydridspeicher bis zu eintausendmal wiederbeladbar.

Eine grobe Vergleichsrechnung (Anschaffungs- und Energiekosten) zeigt, dass gegenüber einer Batterie das Brennstoffzellen-System höhere Anschaffungskosten durch seine lange Lebensdauer relativiert. Eine Kostenabschätzung für die einzelnen Komponenten eines Mini-Brennstoffzellen-Systems ergab, dass das Kostenniveau von Li-Ion-Akkumulatoren erreichbar erscheint.

Forschung und Entwicklung

Neben der Erhöhung der Leistungsdichte der Brennstoffzellen steht insgesamt die Verbesserung der Zuverlässigkeit des gesamten Brennstoffzellen-Systems im Mittelpunkt der FuE-Bemühungen. In Bezug auf einen Einsatz von Wasserstoff in Beruf und Haushalt ist die Peripherie der Brennstoffzelle aus Sicherheitsgründen zu optimieren. Neben der Entwicklung von Konzepten zum Wassermanagement innerhalb der Brennstoffzelle spielt auch die Entwicklung von Mini-Reformern eine Rolle.

Von den bekannten Speichervarianten für Wasserstoff kommen momentan im Wesentlichen Metall-Hydridspeicher zum Einsatz. Beim Einsatz von Druckwasserstoffspeichern sind Sicherheitsfragen, etwa beim Transport der Kleingeräte in Flugzeugen, noch ungeklärt. Nanospeicher wären optimal, sind jedoch noch nicht verfügbar. Ein wesentlicher Nachteil für Mini-Brennstoffzellen liegt im Falle des Einsatzes von PEMFC - neben fehlenden technischen Normen - im Fehlen einer "flächendeckenden" Wasserstoffbereitstellung.

Ausblick

Übergreifend lässt sich festhalten, dass nach heutigem Stand Energieumwandlungssysteme mit Brennstoffzellen zukünftig konkurrenzfähig sein können, auch wenn das Erreichen entsprechender Kostenziele - vor allem für die Brennstoffzellen-Systeme selbst, aber auch für neue Energieträger - ein überaus ehrgeiziges Entwicklungsziel ist. Hierfür bietet sich bei Brennstoffzellen-Typen, die sowohl zur mobilen als auch zur stationären Energieversorgung einsetzbar sind, die Nutzung von Synergieeffekten an, auch wenn bei der Entwicklung Unterschiede zu berücksichtigen sind. Ein Einsatz im Fahrzeug zeichnet sich primär durch eine kurze Lebensdauer bei vergleichsweise geringen Kosten- und Gewichtszielen, in stationären Anlagen hingegen durch eine deutlich längere Lebensdauer bei vergleichsweise moderaten Kosten- und Gewichtszielen aus.

Die Entwicklung von Brennstoffzellen-Systemen lässt Innovationssprünge erwarten - sowohl für die Brennstoffzellen selbst im Bereich der Materialtechnik und der Herstellungsverfahren als auch für die unterschiedlichen Peripherie-Einheiten. Eine effizient in alle Anwendungen (Fahrzeuge, dezentrale Energieversorgung, tragbare Kleingeräte) integrierbare Wasserstoffspeicherung kristallisiert sich zunehmend als Schlüsselfaktor heraus.

Bei der Beurteilung von Potenzialen der Brennstoffzellen-Technologie und beim Vergleich mit konventionellen Systemen ist der verwendete Energieträger mit einzubeziehen. Dabei zeigt sich u.a. in ökologischer Hinsicht, dass zumindest bei fossil basierten Energieträgern in der vorgelagerten Energiekette ein energetischer Mehraufwand vorliegt. In strategischer Hinsicht ist zu bedenken, dass kurz- und mittelfristig, bei einem weit verbreiteten Einsatz von Brennstoffzellen, die ohnehin schon bestehende Tendenz zu einer zunehmenden Nutzung von Erdgas deutlich verstärkt würde. Auch bei anderen für Brennstoffzellensysteme nutzbaren Energieträgern, etwa bei regenerativer Elektrizität und daraus erzeugtem Wasserstoff, sind Nutzungskonkurrenzen zu erwarten, deren Umfang und Kostenrelevanz derzeit schwer abzuschätzen sind.

Entscheidend für die weitere Diffusion der Brennstoffzellen-Technologie werden die energie-, umwelt- und verkehrswirtschaftlichen Rahmenbedingungen sein. Der Innovationsprozess hat zwar mittlerweile eine erhebliche Dynamik gewonnen, gleichwohl werden viele Potenziale der Brennstoffzelle erst im Rahmen einer Neuausrichtung des Verkehrssystems sowie der Energiewirtschaft - hin zu einer auf regenerativen Energieträgern basierten Energieversorgung - in vollem Umfang wirksam werden können. Hier ergäben sich potenzielle Handlungsmöglichkeiten für die Politik, um durch die Gestaltung geeigneter Rahmenbedingungen und den Einsatz spezifischer Instrumente die marktliche Dynamik der Brennstoffzellen-Technologie zu verstärken und Impulse so zu setzen, dass insbesondere ihre ökologischen Vorzüge früher und in größerem Umfang zur Geltung kommen.