Brennstoffzellen – Entwicklung und Hindernisse

EconSight-Präsentation auf dem Industrialisation of Hydrogen Technology Forum, Nanjing

EconSight präsentierte die folgenden Grafiken und Argumente auf dem Industrialisation of Hydrogen Technology Forum in Nanjing, das von der China Electrotechnical Society und der Electric Vehicle Association of Asia-Pacific ausgerichtet wurde. Der EconSight-Beitrag nimmt die Entwicklung der Brennstoffzelle in den letzten 50 Jahren zum Anlass, die Frage zu stellen, warum es so lange gedauert hat, bis sich der Markt entwickelte und attraktive Produkte auftauchten. Eine Antwort ist, dass die Zusammenarbeit zwischen Entwicklung und automatisierter Massenproduktion mehr als ausbaufähig war. Erst die starke Nachfrage aus China in den letzten Jahren hat den Markt entscheidend vorangebracht.

Die Erfindungsperspektive

Die Brennstoffzellen-Technologie ist eine alte und ausgereifte Technologie, die in den 1970er Jahren erfunden wurde. Die Technologie selbst ist nicht komplex und verschiedene Aspekte wurden bis ins letzte Detail untersucht und entwickelt. Aspekte wie Bipolarplatten, Membranfolien oder Katalysatoren sind bekannt und wurden vor allem in Japan, USA und Deutschland, aber auch in Südkorea und China in den letzten Jahren intensiv entwickelt. Verschiedene Versuche, die Technologie auf den Markt zu bringen, sind jedoch gescheitert. Nach 50 Jahren Entwicklung sehen wir jetzt die ersten echten Produkte und Anwendungen mit erheblichem Marktpotenzial. Die Frage ist, warum hat es so lange gedauert und was ist heute anders?

Die Marktperspektive

Eine der größten Unterschiede im Vergleich zu früheren Anläufen ist die Verlagerung der Hauptmärkte nach China und Südkorea. Während Japan, Europa und die USA nicht in der Lage waren, eine reale weltweite Nachfrage zu generieren, haben China und auch Südkorea das disruptive Potential einer leicht verfügbaren und billigen elektrischen Energiequelle, kombiniert mit dem Charme eines hoch energiespeichernden Materials aus erneuerbaren Quellen für die lokalen Märkte verstanden und genutzt. Vor allem öffentliche Investitionen ebneten den Weg, schafften die Grundlagen und schufen faktisch den Brennstoffzellenmarkt. Allerdings gibt es auch heute noch keine vollautomatischen Produktionslinien, die preisgünstige Brennstoffzellenstacks in grossem Stil produzieren. Das liegt vor allem daran, dass die Hauptakteure ihre Produkte nicht offenlegten. Es gibt kaum Kooperationen zwischen Brennstoffzellenentwicklern auf der einen Seite und Automatisierungs- und Maschinenherstellern auf der anderen Seite. Folglich wurde die Produktion und Automatisierung gebremst. Es brauchte neue Marktregeln und Akteure, um diese Hindernisse zu überwinden. Jetzt wächst der Markt in China rasant und der Rest der Welt kann nur zuschauen, wie die Preise für Stacks fallen und buchstäblich jeden Tag neue Produkte auf den Markt kommen.

Die Anwendungsperspektive

Anwendungsfokussierte Patente oder Patente, die einen spezifischen, von der Anwendung abgeleiteten Vorteil beanspruchen, sind ein typisches Zeichen für die Reife eines Produkts. E-Fahrzeuge sind der Hauptfokus der Brennstoffzellenhersteller, aber andere Bereiche folgen schnell. Anwendungen treiben einen Markt an, wenn sie preislich wettbewerbsfähig sind und auch regulatorische Aspekte, wie z.B. die CO2-Bepreisung, können die Nachfrage beeinflussen. Brennstoffzellenanwendungen haben von den globalen Klimazielen profitiert, aber insgesamt sind die Preise noch zu hoch für eine größere Marktdurchdringung.

Die Patentperspektive

Die Patentlandschaft der Brennstoffzellenherstellung ist recht typisch. Jahrelange Entwicklung, tausende von Patenten, mindestens zwei Anmeldespitzen Mitte der 1980er Jahre und nochmals 2006 zeigen die frühen Investitionen und Erwartungen in die Technologie. Auf diesen frühen Enthusiasmus folgte ein starker Rückgang vor allem in Japan und den USA. Südkorea und China stiegen, zunächst vorsichtig, aber ab 2013 mit erheblichem Schwung, in die Weiterentwicklung ein. Es dauerte bis 2012, bis eine neue Welle von Anwendungspatenten auftauchte. Vor allem E-Fahrzeuge treiben dieses Wachstum an, aber auch verschiedene andere Bereiche haben in den letzten Jahren zugelegt. Während dies ein typischer Indikator für eine Veränderung des Marktes ist, dauerte es bis 2021, bis die ersten automatisierten Produktionslinien aufgebaut wurden. Jetzt kommen die ersten automatisch produzierten Endprodukte auf den Markt. In Bezug auf IP gibt es nur wenige, aber wichtige Patente, die diese nächste Phase der Technologie demonstrieren.

Die Maschinenhersteller hielten ihr Know-how lange geheim, während die Produktdesigner ähnlich zögerlich waren, Produktspezifikationen zu definieren. Dies scheint sich in jüngster Zeit endlich geändert zu haben und es wird erwartet, dass viele relevante Patente bald veröffentlicht werden. Endlich haben die großen Akteure ihre IP-Instrumente aktiviert und auch neue Akteure werden sehr bald erwartet.