Tragbare Wasserstoffkartuschen unterstreichen die Attraktivität von Brennstoffzellenfahrzeugen

Elektrofahrzeuge (EVs) sind jetzt total im Trend. Mit der wachsenden Beliebtheit und raschen Einführung weltweit wird prognostiziert, dass ihr Marktvolumen vor Ende des Jahrzehnts $1,084 Milliarden erreichen wird.

2021 war ein bedeutendes Jahr für den EV‑Verkauf, da die Zahlen im Vergleich zu 2020 auf 6,75 Millionen verdoppelt wurden und 2022 dann die Marke von 10 Millionen überschritten haben. Gleichzeitig wird erwartet, dass die Stückzahl der verkauften EVs bis 2029 18,84 Millionen Fahrzeuge erreichen wird.

EV‑Fahrzeuge nutzen im Gegensatz zu herkömmlichen benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren elektrische Motoren und wiederaufladbare Batterien, um sich fortzubewegen.

Es gibt tatsächlich mehrere Typen: Batterie‑EVs, die vollständig von einem wiederaufladbaren Batteriepakt angetrieben werden; Plug‑in‑Hybrid‑EVs, die sowohl traditionelle Benzinmotoren als auch einen elektrischen Motor nutzen, der von einer externen Stromquelle aufgeladen werden kann; Hybrid‑EVs, die einen batteriebetriebenen Motor sowie einen Verbrennungsmotor besitzen, und Brennstoffzellen‑EVs, die Wasserstoff zur Stromerzeugung für den Elektromotor verwenden.

Wie alle EVs nutzen Brennstoffzellen‑Elektrofahrzeuge (FCEVs) ebenfalls Strom, um einen Elektromotor anzutreiben, jedoch erzeugen sie den Strom nicht über eine Batterie, sondern über eine Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff betrieben wird.

Der Funktionsweise von FCEVs liegt zugrunde, dass eine Brennstoffzelle zwei Elektroden besitzt – eine Anode (negative Elektrode) und eine Kathode (positive Elektrode). Beide sind um einen Elektrolyten herum angeordnet. Wasserstoff wird an die Anode geleitet, während Luft an die Kathode zugeführt wird.

Jetzt wird an der Anode ein Katalysator eingesetzt, um die Wasserstoffmoleküle in Elektronen und Protonen zu spalten.

Ein Katalysator beschleunigt die chemische Reaktion, und Wissenschaftler suchen nach einem Katalysator, der die Kosten für die Herstellung von Wasserstoff‑Brennstoffzellen senken würde. Platin ist der am häufigsten verwendete Katalysator, gefolgt von Nickel, Palladium und Eisen.

In Wasserstoff‑Brennstoffzellen fließen die Elektronen über einen externen Stromkreis, um Strom zu erzeugen, während die Protonen durch die Kathode wandern, wo sie sich mit Sauerstoff und Elektronen zu Wasser und Wärme verbinden. Auf diese Weise fungiert die Brennstoffzelle als Energieumwandler, im Gegensatz zu einer Batterie, die ein Speichermedium ist.

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Wasserstoff‑Brennstoffzellen: Eine nachhaltige Zukunft für Fahrzeuge

Eine Brennstoffzelle nutzt im Wesentlichen die chemische Energie von Brennstoffen wie Wasserstoff, um Strom effizient und sauber zu erzeugen. Wasserstoff ist das leichteste Element, das bei der Reaktion mit Sauerstoff reichlich Energie freisetzt und nur Wasser produziert.

Das unsichtbare Gas wird als saubere Zukunftsenergie gepriesen. Der Hydrogen Council, eine globale Initiative von führenden Energie‑, Verkehrs‑ und Industrieunternehmen, sieht Wasserstoff nicht nur als nachhaltigen Antrieb für Fahrzeuge der Zukunft, sondern auch als saubere Energiequelle für Wärme und Strom.

Allerdings ist nicht jeder Wasserstoff sauber. Der emissionsfreie „grüne Wasserstoff“ entsteht tatsächlich durch Elektrolyse, bei der Wasser mit sauberem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.

Durch die Nutzung von sauberem Wasserstoff können Brennstoffzellen niedrigere oder gar keine Emissionen erzeugen und damit zur Bewältigung der Klimaherausforderungen beitragen. Da Brennstoffzellen keine schädlichen Emissionen produzieren, entfallen Kosten für den Umgang und die Lagerung toxischer Materialien. Zudem arbeiten sie geräuscharm und setzen keine Luftschadstoffe frei, die gesundheitliche Probleme verursachen.

Brennstoffzellen sparen im Vergleich zu Batterien und Verbrennungsgeneratoren Geld, weil sie den Aufwand für den Austausch, das Laden und die Verwaltung von Batterien eliminieren. Einfachere Wartung und weniger Vor-Ort‑Besuche senken zudem die Betriebskosten weiter.

Im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungstechnologien arbeiten Brennstoffzellen zudem mit höheren Wirkungsgraden. Durch die direkte Umwandlung der chemischen Energie des Brennstoffs in elektrische Energie können Brennstoffzellen hohe Effizienzen erreichen.

Laut dem US-Energieministerium liegt die Energieeffizienz von Wasserstoff‑Brennstoffzellen zwischen 40 % und 60 % im Vergleich zu etwa 25 % eines typischen Verbrennungsmotors eines Autos.

Zusätzlich bieten Wasserstoffautos ein Fahrerlebnis, das dem von Elektroautos ähnelt, und sie benötigen nur kurze Zeit zum Nachfüllen ihrer Wasserstofftanks. Sie besitzen zudem eine Reichweite, die mit anderen Elektrofahrzeugen mit großem Batteriespeicher vergleichbar ist. Das bringt die Verfügbarkeit und Flexibilität von FCEVs auf das Niveau eines herkömmlichen Autos.

Der von Wasserstoff‑Brennstoffzellen erzeugte Strom kann tatsächlich alles von Drohnen und Nutzfahrzeugen bis hin zu Industrie‑, Gewerbe‑ und Wohngebäuden versorgen. Als zuverlässige und saubere alternative Energiequelle findet diese Technologie immer mehr Anwendungsbereiche.

Betrachtet man die Statistiken zu Brennstoffzellen‑Elektrofahrzeugen (FCEVs), so verzeichneten sie 2022 im Vergleich zum Vorjahr einen Anstieg von 40 %, wobei über 72 000 FCEVs weltweit auf den Straßen gemeldet wurden, laut dem neuen Global EV Outlook 2023‑Bericht der International Energy Agency (IEA).

Allerdings fielen die globalen Verkäufe 2023 um mehr als 30 %, mit nur 14 451 verkauften Brennstoffzellenfahrzeugen weltweit, verglichen mit 20 704 im Jahr 2022. Dieser Rückgang wurde von Südkorea getrieben, wo die FCEV‑Verkäufe um bis zu 55,2 % zurückgingen.

Unterdessen verzeichnete China ein moderates Wachstum und wurde laut der koreanischen Beratung SNE Research zum größten FCEV‑Markt der Welt.

Die chinesische Regierung plant tatsächlich, bis zum nächsten Jahr mindestens 1.200 Wasserstoff‑Betankungsstationen im ganzen Land zu bauen, was ihr helfen würde, die Führungsposition zu halten – ähnlich wie das Land den EV‑Sektor dominiert. China produziert fast zwei Drittel der weltweiten EVs und über drei Viertel der EV‑Batterien.

Das European Hydrogen Observatory berichtete hingegen, dass Deutschland 2023 die meisten FCEV‑Zulassungen und die größte Flotte hatte, gefolgt von Frankreich.

Was die Fahrzeugtypen betrifft, so sind Personenwagen die am häufigsten zugelassenen FCEVs und haben in den letzten Jahren die stärkste Zunahme verzeichnet. FCEV‑Busse und -Lkw werden ebenfalls immer häufiger, mit 464 Bussen und 215 Lkw im Jahr 2023.

Die Herausforderungen für Brennstoffzellen‑Elektrofahrzeuge

The International Energy Agency believes that hydrogen will account for 16% of road transport in 2050.

Die Infrastruktur stellt jedoch ein Problem dar, da Wasserstoff über spezielle Pumpen betankt wird. Beispielsweise gibt es in Europa nur 178 Wasserstoff‑Tankstellen, wobei die Hälfte davon allein in Deutschland liegt. Im Vereinigten Königreich gibt es etwa neun Wasserstoff‑Stationen im Vergleich zu 31.000 öffentlichen Ladestationen.

Dennoch erweitert sich die Infrastruktur langsam. Außerdem ist eine Infrastruktur mit sowohl elektrischen Ladestationen als auch Wasserstoff‑Betankungsstationen günstiger als eine rein elektrische Ladeinfrastruktur.

Die Kosten sind ein weiterer Faktor, der die Einführung von Wasserstoffautos einschränkt. Die wenigen derzeit auf dem Markt erhältlichen Brennstoffzellen‑Modelle kosten mehr als EVs mit Batterien oder Verbrennungsmotoren.

Ein Grund für die höheren Kosten von Wasserstoffautos ist das Platin, das als Katalysator dient. Allerdings wurde die Menge des für Automobil‑Brennstoffzellen benötigten Edelmetalls deutlich reduziert, und Wissenschaftler suchen nach kostengünstigeren Alternativen.

Was die Kraftstoffkosten angeht, liegen sie etwa auf dem Niveau von Verbrennungsfahrzeugen und werden voraussichtlich sinken, wenn die weltweite Wasserstoffproduktion zunimmt, was derzeit prognostiziert wird.

Derzeit hoffen viele führende Automobilunternehmen darauf, dass Wasserstoff die Batterie als bevorzugte Technologie zur Erreichung von Null‑Emissionen ersetzen könnte.

Dies schließt Oliver Zipse, den CEO von BMW, ein, der Wasserstoff als das „fehlende Puzzleteil, wenn es um emissionsfreie Mobilität geht“ bezeichnet hat. Während der deutsche Hersteller stark in Batterietechnologie investiert, testet er auch ein BMW iX5‑Wasserstoff‑Brennstoffzellen‑Auto, das Toyota‑Brennstoffzellen verwendet.

Der Autohersteller sieht FCEVs nicht als Konkurrenz zu batteriebetriebenen E‑Cars, sondern als Ergänzung.

“Eine Technologie allein wird nicht ausreichen, um weltweit klimaneutrale Mobilität zu ermöglichen.”

– Zipse sagte letztes Jahr

Nach Angaben des Unternehmens werden Wasserstofffahrzeuge eine geeignete Lösung für Kunden sein, die hohe Flexibilität benötigen und viel reisen. BMW prüft zudem den Einsatz von Wasserstofftechnologie in Produktion und Logistik.

Japans Toyota (TM ) Akio Toyoda ist ein weiterer großer Befürworter von Wasserstoff‑Brennstoffzellen und sagte letzten Monat, er glaube, der Anteil von Batteriefahrzeugen würde bei 30 % stagnieren, während Wasserstoff zusammen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren den Rest ausmachen würde.

Der führende Automobilhersteller hat den Mirai als sein wasserstoffbetriebenes Auto, das der Öffentlichkeit breit zugänglich ist.

Trotz des großen Interesses und der Entwicklung gibt es ein weiteres Problem bei FCEVs: den einfachen Zugang zu sauberem Wasserstoff. Toyota hat zudem eingeräumt, dass Wasserstoff in Autos bisher „nicht erfolgreich“ war, weil es an einer zuverlässigen Kraftstoffversorgung mangelt, so ihr technischer Leiter Hiroki Nakajima.

Allerdings könnte sich das ändern, da Toyota seine bahnbrechenden Wasserstoff‑Brennstoffzellen‑Batterien vorstellt, die ausgetauscht werden können.

Toyotas Durchbruch: Tragbare Wasserstoffkartuschen

At the Japan Mobility Show Bizweek 2024, Toyota Motor Corp (TM ) displayed its portable hydrogen cartridges to the world, and the auto manufacturer aimed to change the world of FCEVs by providing swappable power for these vehicles.

Quelle: Toyota

Die Veranstaltung, die vom 15. bis 18. Oktober auf der Makuhari Messe in der Präfektur Chiba stattfand, wurde von Mobilitäts‑Start‑ups besucht, die an einer nachhaltigen Zukunft arbeiten. Dort präsentierte Toyota seine Technologie im Zusammenhang mit Kohlenstoffneutralität.

Das Unternehmen verfolgt Kohlenstoffneutralität über einen mehrgleisigen Ansatz, der die Realisierung einer Wasserstoffgesellschaft und das Management erneuerbarer Energien umfasst. Beide Bemühungen tragen dazu bei, die Energieversorgung zu stabilisieren und die Umweltbelastung zu reduzieren.

Tragbare Wasserstoffkartuschen waren eine der wichtigsten Entwicklungen von Toyota, dessen Marktkapitalisierung bei 267,8 Milliarden $ liegt und dessen Aktien zu 169,55 $ gehandelt werden, ein Rückgang von 7,54 % im Jahresverlauf. Der Autohersteller stellte 2022 erstmals einen funktionierenden Prototypen über seine mobilitäts‑technologie‑fokussierte Tochtergesellschaft Woven vor.

Diese großen Wasserstoff‑Kartuschen sehen aus wie große AA‑Batterien, die man einfach in das Auto einsteckt, um Strom zu liefern. Sobald ihre Energie verbraucht ist, kann man sie gegen eine neue Kartusche austauschen, um das Fahrzeug und andere Geräte weiter zu betreiben.

Wichtiger noch: Toyota hat Größe und Gewicht dieser Tanks reduziert, sodass sie von Hand getragen werden können. Früher waren diese Wasserstoff‑Tanks zu groß und schwer zu handhaben. Das Unternehmen sagte:

“Sie sind so konzipiert, dass Wasserstoff zu einer vertrauten und sicheren Energiequelle wird, die in einer Vielzahl alltäglicher Situationen genutzt werden kann.”

Obwohl die Produktion und damit die Nutzung von Wasserstoffautos derzeit extrem gering ist, hat Toyota ein großes Problem dieser Fahrzeuge gelöst; es ist möglich, dass Wasserstoffautos künftig mehr Beachtung finden und langfristig sogar batteriebetriebene Elektrofahrzeuge übertreffen.

Doch das ist nicht alles. Auf der Veranstaltung zeigte Toyota zudem ein nicht‑standardisiertes Rennfahrzeug, das von Wasserstoff angetrieben wird. Das Unternehmen begann vor drei Jahren mit dem Rennsport seines GR Corolla, das mit gasförmigem Wasserstoff fährt, und seit dem letzten Jahr nimmt es an Langstreckenrennen sowohl in Japan als auch im Ausland teil.

Zusätzlich zu der Motivation von Automobilherstellern, auf Wasserstofffahrzeuge umzusteigen, plant Toyota zahlreiche weitere Einsatzmöglichkeiten für seine tragbaren Wasserstoffkartuschen.

Ein interessanter Aspekt dieser neuen Entwicklung ist, dass diese Zellen auch zur Stromversorgung von Haushalten genutzt werden können. Sie können sogar Wasserstoff zum Kochen bereitstellen, wofür Toyota mit der Rinnai Corporation zusammenarbeitete und einen Konzept‑Kocher demonstrierte, der genau das tut.

Tatsächlich plant Toyota, mit Unternehmen zusammenzuarbeiten, um seine Kartuschen auf den Markt zu bringen und verschiedene Anwendungsbereiche zu finden. In der offiziellen Pressemitteilung sagte das Unternehmen:

“(Es) zielt darauf ab, passende Technologien und Ideen verschiedener Unternehmen und Start‑ups aus unterschiedlichen Perspektiven zu finden, einschließlich sowohl der Bereitstellung von Dienstleistungen als auch der Entwicklung und dem Verkauf von Geräten, die tragbare Wasserstoffkartuschen nutzen.”

Mit diesem Schritt wird der Autohersteller, der ebenfalls im Finanz‑ und anderen Geschäftsbereichen tätig ist, “seine Bemühungen zur Nutzung tragbarer Wasserstoffkartuschen weiter verstärken und zur Schaffung einer Wasserstoffgesellschaft beitragen”.

Führende Akteure im Markt für Brennstoffzellen‑Elektrofahrzeuge

Now, if we look at some of the most prominent names in the Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) sector, Plug Power (PLUG ) has been among the leading ones. The company has produced fuel cell-powered forklifts and expanded into green hydrogen production and distribution, however, its shares are currently down 54.22% YTD as they trade at $2.08. Click here to learn all about investing in Plug Power.

Then there’s Ballard Power Systems (BLDP ), which focuses on fuel cell solutions for buses, trucks, and other heavy-duty vehicles. Its shares are also down 55.95% as it trades at $1.66, much like Nikola Corporation , whose shares are down 83.81%. Its Truck business unit uses both FCEV and BEV technology.

Now, let’s take a deeper look into the company whose stocks have performed well this year.

#1. Cummins Inc.

Trading at $332.68 at the time of writing, Cummins shares have seen an increase of 38.87% this year. With that, the company has a market cap of $45.59 billion while having an EPS (TTM) of 3.79, a P/E (TTM) of 24.13, an ROE (TTM) of 19.55%, and a dividend yield of 2.19%.

Traditionally known for its diesel engines, Cummins has also made significant investments in hydrogen technology, including fuel cells for commercial vehicles. For Q2 2024, the company reported record revenues of $8.8 billion and net income of $726 million. EBITDA in the quarter was 15.3% of sales, while diluted EPS was $5.26.

Through its acquisition of Hydrogenics in 2019 for $290 million, Cummins has been pushing forward with hydrogen fuel cell solutions for buses, trucks, and other heavy-duty vehicles. In 2023, the company also announced the buyout of Air Liquide’s (AIL.DE ) 19% interest in Hydrogenics, which Cummins said “reinforces its commitment to these technologies and the increasing importance they will play in creating value for all stakeholders and decarbonizing our world.”

Back in 2022, Cummins started providing proton exchange membrane (PEM) fuel cell systems to Scania, a world-leading provider of trucks and buses for heavy transport applications, for use in 20 FCEV. This collaboration on hydrogen began in 2020 when Scania’s four electric trucks, powered by Cummins’ fuel cell systems, started operating as part of a pilot project with Norway’s largest grocery wholesaler ASKO.

Earlier this year, the company announced the integration of advanced software and electronics in BEVs and FCEVs to optimize performance, improve safety, and help make the transportation industries more sustainable. Cummins’ zero-emissions business segment Accelera also launched new versions of its hydrogen fuel cell engines. FCE300 and FCE150 fuel cell engines offer advanced durability, improved system efficiency, and increased power density for larger systems.

“Through constant innovation, real-world testing in the field, and collaboration with customers and partners to tailor solutions, we continue to improve our next-generation technologies, helping accelerate adoption and the shift to zero.”

– Amy Davis, President of Accelera

Conclusion

The colorless, tasteless, odorless, and flammable gaseous substance, Hydrogen, showcases great potential as an energy carrier of the future. Its storage and transport capability particularly makes hydrogen suitable for use in a wide variety of applications.

In the automotive industry, with its high efficiency and clean energy profile, hydrogen fuel cell technology presents a compelling alternative to battery-powered EVs. More importantly, this ultimate clean energy not only emits no CO2 during use, but its CO2 emissions can further be minimized during the production process by using renewable energy sources like solar and wind.

While the adoption of FCEVs faces challenges, innovations like Toyota’s portable hydrogen cartridges could pave the way for broader use. With that, hydrogen can be expected to make an increasingly important contribution to sustainable mobility.