Zwei Durchbrüche für günstige Brennstoffzellen

Wasserstoff-Brennstoffzellen könnten Schwerlast-Lkw und Kurzstreckenflugzeuge emissionsfrei antreiben, bleiben aber bislang zu teuer für den Massenmarkt. Zwei unabhängige Forscherteams haben im Frühjahr 2026 die zwei Kernhindernisse überwunden. Ein australisches Team löste das Wasserproblem in den Zellen und steigerte die Leistung um 75 Prozent. Ein amerikanisches Team entwickelte einen Katalysator, der teure Platinmetalle bei der Wasserstoffproduktion ersetzt.

Warum Brennstoffzellen trotz drei Jahrzehnten Forschung teuer bleiben

In einer Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugt eine elektrochemische Reaktion Strom: Wasserstoff und Sauerstoff verbinden sich zu Wasser. Das Byprodukt ist das erste Problem. Das flüssige Wasser sammelt sich in den Poren der Zellmembran und blockiert den Gasfluss. Bisherige Konstruktionen lösten das mit Membranpumpen, Druckventilen und Heizsystemen, die das Wasser aktiv abpumpen. Das macht Brennstoffzellenantriebe komplex, schwer und wartungsanfällig.

Das zweite Problem ist Platin. Der Edelmetallkatalysator ist für die elektrochemische Reaktion unerlässlich, kostet derzeit rund 66 US-Dollar pro Gramm und kommt hauptsächlich aus Südafrika und Russland. Ein 50-Kilowatt-Brennstoffzellensystem enthält laut Fachliteratur rund 46 Gramm Platin. Das allein kostet mehr als 3.000 US-Dollar pro System, bevor Gehäuse, Speicher und Steuerungselektronik hinzukommen.

Die Technologie funktioniert trotzdem schon in Nischen. Seit August 2022 fahren 14 Alstom-Züge vom Typ Coradia iLint auf der Strecke zwischen Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde und Buxtehude in Niedersachsen mit Wasserstoff und schaffen 1.000 Kilometer mit einer Tankfüllung. Für Millionen Lkw auf Europas Fernstraßen braucht es aber Systeme, die deutlich günstiger sind als heute.

Mikrokanäle lösen das Wasserproblem

Forscher an der University of New South Wales in Sydney wählten einen mechanisch eleganten Ansatz. Dr. Quentin Meyer, Prof. Chuan Zhao und ihre Kollegen bohrten Kanäle mit einem Durchmesser von 100 Mikrometern in die Zellstruktur, etwa so breit wie ein Menschenhaar. Die Kanäle nutzen Kapillarkräfte und leiten das entstehende Wasser passiv ab, ohne dass Pumpen oder Ventile nötig wären.

Die im Fachjournal Applied Catalysis B: Environment and Energy veröffentlichte Studie weist eine um 75 Prozent höhere Leistungsabgabe aus als herkömmliche Designs. Gleichzeitig entfallen die aufwendigen Wassermanagementsysteme vollständig. Das reduziert Gewicht, Wartungsaufwand und Herstellungskosten in einem Schritt.

Rhenium statt Platin

Fast zeitgleich präsentierte Prof. Gang Wu vom McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis einen Katalysator aus Rheniumphosphid (Re₂P) und Molybdänphosphid (MoP), der Wasser ohne Platinmetalle in Wasserstoff spaltet. In Tests lief der Katalysator mehr als 1.000 Stunden bei industriellen Stromdichten von 1 bis 2 Ampere pro Quadratzentimeter und übertraf dabei platinbasierte Referenzsysteme.

Rhenium und Molybdän sind deutlich günstiger und geopolitisch weniger riskant als Platin. Entscheidender: Die Phosphide lassen sich synthetisch herstellen, während Platin bergmännisch abgebaut und aufwendig raffiniert werden muss. Das macht die Abhängigkeit von den Förderländern überwindbar.

Von 100 auf 0,30 Dollar: Was Solar und Akkus zeigen

Der Weg von der Laborstudie zur Serienproduktion dauert in der Energietechnik typischerweise zwei Jahrzehnte, kann dann aber dramatisch schnell verlaufen. Solarmodule kosteten 1976 rund 106 US-Dollar pro Watt, nach Daten des National Renewable Energy Laboratory (NREL) der USA. Heute liegt der Preis unter 0,30 US-Dollar, eine Reduktion um mehr als 99 Prozent in 50 Jahren. Lithium-Ionen-Akkus lagen 2010 noch bei rund 1.200 US-Dollar pro Kilowattstunde und fielen bis 2024 auf 115 US-Dollar, ein Rückgang um 90 Prozent in 14 Jahren, wie BloombergNEF dokumentiert hat.

Für Wasserstoff-Brennstoffzellen hat das US-Energieministerium (DOE) seit 2008 einen ähnlichen Verlauf gemessen: Die Systemkosten sanken seither um 70 Prozent. Das DOE hat für schwere Nutzfahrzeuge ein Kostenziel von 80 US-Dollar pro Kilowatt bis 2030 gesetzt. Mit den Mikrokanal- und Katalysatordurchbrüchen erscheint dieses Ziel erstmals innerhalb der Dekade erreichbar.

Drei Hürden auf dem Weg zum emissionsfreien Lkw

Zwischen Labor und Serienproduktion liegen mindestens drei Hürden. Erstens müssen die UNSW-Mikrokanäle in großtechnischen Zellstacks mit Tausenden Lagen ohne Fertigungsfehler repliziert werden. Das UNSW-Team hat das Verfahren bislang für ein einzelnes Stack im Labormaßstab validiert. Wie sich die Kanäle unter Tausenden Betriebsstunden und wechselnden Temperaturen in einem echten Lkw-Antrieb verhalten, ist noch ungetestet.

Zweite Hürde ist die Skalierung des Rhenium-Molybdän-Katalysators. Laborelektrolyseure arbeiten im Kilowatt-Bereich. Kommerzielle Anlagen für die industrielle Wasserstoffproduktion benötigen Megawattleistungen. Das Skalierungsrisiko muss in Pilotanlagen ausgetestet werden, bevor Hersteller in Serienanlagen investieren.

Dritte Hürde ist die Infrastruktur. Selbst ein günstiger Antrieb nützt wenig ohne ein flächendeckendes Tankstellennetz für 40-Tonner. Aktuelle Wasserstofftankstellen in Deutschland und Europa sind mehrheitlich für Pkw ausgelegt. Die Forschungsfortschritte lösen das Kostenproblem. Das Infrastrukturproblem muss politisch gelöst werden.