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Antriebsersatz Brennstoffzellen-Autos als Alternative zum Dieselantrieb

Die erste Brennstoffzelle stammt aus dem Jahr 1838. Doch scheint ihr Weg in die Zukunft als vollwertiger Antriebsersatz zum Verbrennungsmotor noch weit. Trotzdem gibt es schon Fahrzeuge zu kaufen. handwerk magazin zeigt den gegenwärtigen Stand der Entwicklung.

Themenseiten: TS Brennstoffzelle und TS Diesel

" Wasser ist die Kohle der Zukunft!" Was mit dem Fokus auf die Brennstoffzelle nach einem Zitat aus unseren Tagen klingt, stammt tatsächlich aus dem Jahre 1870. Und es war der Schriftsteller Jules Verne, der diese Prognose in seinem Buch „Die geheimnisvolle Insel“ wagte – 32 Jahre nach Erfindung der Brennstoffzelle durch den Chemiker Christian Friedrich Schönborn: „Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist“, favorisierte Verne die prinzipielle Effizienz der Brennstoffzelle. „Die so zerlegten Elemente des Wassers – Wasserstoff und Sauerstoff – werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“

Vorzüge der Brennstoffzelle

Daimler-Chef Dieter Zetsche griff das Postulat anno 2014 zur IAA in Frankfurt auf: Wasserstoff sei „das bessere Öl“ für den Fahrzeugantrieb der Zukunft und die Brennstoffzelle vereine viele Vorzüge. Dazu zähle eine kurze Tankzeit von etwa drei Minuten, eine Reichweite von bis zu 400 Kilometern und die vielseitige Verwendbarkeit in allen Fahrzeugklassen, also auch SUV, Transporter, Busse und „perspektivisch sogar Lastkraftwagen“.

Anfang März 2017, auf dem Genfer Autosalon, hat Zetsche die Zukunft des Brennstoffzellenantriebs allerdings schon wieder in weitere Ferne gerückt: „Aktuell sieht es danach aus, als ob die fallenden Batteriekosten letztlich den Ausschlag zugunsten batterieelektrischer Fahrzeuge gegenüber Brennstoffzellen geben würden.“ Peter Terium, Chef des deutschen Energiekonzerns Innogy, stimmt ihm da vorbehaltlos zu: „Die Batterie wird das Rennen gewinnen. Sie ist am Ende günstiger.“

Im österreichisch-kanadischen Technologiekonzern Magna, der seinen Genfer Messestand gleich in unmittelbarer Nachbarschaft zur Daimler-Fläche aufgebaut hatte, ist man mit dieser Prognose offenbar nicht ganz einverstanden. Zumindest sieht Magna den Wasserstoff technologisch noch lange nicht aus dem Rennen um die Elektrifizierung des Automobils: Mit dem Brennstoffzellen-Range-Extender-Konzept „Clean Power Cycle“ in einem umgerüsteten Mercedes-Benz Vito Transporter (Kommentar Magna: „Reiner Zufall, das Auto stand gerade zur Verfügung.“) zeigte Magna das Potenzial dieser Technologie als effizienter Stromerzeuger auf.

Hyundai IX35 Fuel Cell

Hyundai ix35 Fuel Cell

„Marktführer“ im Feld der Brennstoffzellen-Fahrzeuge ist derzeit Hyundai mit dem seit 2013 gebauten ix35 Fuel Cell, dem weltweit ersten Serienmodell dieser Art. Allein 50 Exemplare laufen derzeit im Carsharing-Fuhrpark „BeeZero“, einem Gemeinschaftsprojekt mit Industriegas-Spezialist und Wasserstoff-Lieferant Linde. Der südkoreanische Hersteller hat mittlerweile 20 Jahre Entwicklungserfahrung mit dieser Technologie gesammelt und stellte auf dem Genfer Autosalon den „Future Eco Fuel Cell Concept“ mit der neuesten Evolutionsstufe der Brennstoffzelle vor: Diese ist 20 Prozent leichter, hat eine um 30 Prozent höhere Energiedichte und arbeitet rund zehn Prozent effizienter. Mit dem gleichen Tankvolumen von 5,64 kg Wasserstoff würde der ix35 Fuel Cell nun etwa 800 statt 594 Kilometer weit kommen.

Doch die Technik des Concept-Cars kann noch mehr: Mit dem emittierten Wasserdampf wird ein Luftbefeuchter zur Optimierung des Innenraumklimas betrieben, und aus der Brennstoffzelle wird Strom abgezweigt, mit dem sich portable Akkus für diverse Mobilgeräte sowie ein kleiner Elektro-Scooter im Kofferraum laden lassen.

Antrieb: Permanenterregter Synchron-Elektromotor
Leistung:
130 kW (177 PS), 300 Nm
Reichweite:
620 km
Fahrleistungen:
0 –100 km/h in 9,0 s, 161 km/h
Preis:
58.490 US-$

www.honda.com

Toyota Mirai

Toyota Mirai

Aus dem Reigen der japanischen Autobauer prescht derzeit Toyota mit dem auf der IAA 2015 erstmals präsentierten Mirai vor: Die viertürige Limousine ist mit einem 113 kW (150 PS) starken Elektroaggregat motorisiert, das aus einer konzern-eigen entwickelten Brennstoffzelle versorgt wird. Dank einem Verbrauch von 0,76 kg pro 100 km sind rund 500 Kilometer Reichweite möglich. Der Tank ist laut Werksangabe in rund drei bis maximal fünf Minuten gefüllt.

Antrieb: Permanenterregter Synchron-Elektromotor
Leistung:
113 kW (150 PS), 335 Nm
Reichweite
: 500 km
Fahrleistungen:
0 –100 km/h in 9,6 s, 178 km/h
Preis:
78.600 Euro

www.toyota.de

Honda Clarity Fuel Cell

Honda Clarity Fuel Cell

Honda will mittelfristig nachziehen, spätestens bis 2025: Dann sollen alternative Antriebe – darunter auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge – zwei Drittel der europäischen Verkäufe ausmachen, so der jüngste Marschbefehl von Honda-Europe-Chef Katsushi Inoue. Erste Weichen dazu hat Honda – die sich nun auch schon 20 Jahre mit der Brennstoffzellen-Technik beschäftigen – Ende 2009 mit der Präsentation des „FCX Clarity“ gestellt, der seither kontinuierlich weiterentwickelt wurde.

Im vergangenen Jahr führte der Konzern den bereits in Japan erhältlichen Clarity Fuel Cell in Europa ein. Die viertürige Limousine wartet mit einer Reichweite von 620 Kilometern auf.

Antrieb: Drehstrom-Asynchron Elektromotor
Leistung:
100 kW (136 PS), 300 Nm
Reichweite:
594 km
Fahrleistungen:
0 –100 km/h in 12,5 s, 160 km/h
Preis:
65.450 Euro

www.hyundai.de

Mercedes-Benz B-Klasse mit Brennstoffzelle

Mercedes hatte 2009 die Fertigung der B-Klasse F-Cell „unter Serienbedingungen“ anlaufen lassen. Ende 2013 übernahm Baden-Württembergs Ministerpräsident Winfried Kretschmann ein Modell als Dienstwagen. Mittelfristig will man nun „eine nennenswerte Zahl“ des SUV-Modells GLC mit Brennstoffzelle auf den Markt bringen, wie Daimler-Chef Dieter Zetsche auf dem Genfer Automobilsalon verkündete, „um auch in diesem Bereich ‚State of the Art‘ bieten zu können“.

Nissan e-NV 200 mit Brennstoffzelle

Nissan und der französische Wasserstoff-Technologiekonzern Symbio haben auf der FC Expo in Tokio den Elektro-Transporter e-NV 200 mit einem integrierten Brennstoffzellen-Range-Extender vorgestellt, der die Reichweite auf rund 500 Kilometer erhöht. Die Füllung des 3,8-kg-Wasserstoff-Tanks soll auch hier nur drei Minuten dauern. Der Serienanlauf ist für September 2018 geplant, die Markteinführung in Europa für das Folgejahr.

Die Technik: So funktioniert die Brennstoffzelle

Ganz vereinfacht dargestellt: Die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugt Strom. Dieser wird in der Brennstoffzelle nicht gespeichert wie in einer Batterie, sondern gleich an den Elektromotor weitergeleitet.

  • Der Kraftstoff ist Wasserstoff, eines der am häufigsten vorkommenden chemischen Elemente, allerdings nicht in reiner Form verfügbar. Er muss via erneuerbarer Energiequellen wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft oder Biomasse erzeugt werden, was sich aber sogar weitgehend CO2-neutral realisieren lässt. Bei normaler Temperatur ist molekularer Wasserstoff ein geruch- und farbloses sowie ungiftiges Gas und rund 14-mal leichter als Luft.
  • Die Brennstoffzelle ist ein geschlossenes System mit einer Vielzahl galvanischer Elemente, den Zellen. Diese bestehen aus einer Kombination von zwei verschiedenen Elektroden – einer negativen und einer positiven. Sie sind voneinander getrennt in je einer Kammer untergebracht. Trennungselement ist eine poröse Membran bzw. ein Elektrolyt (Ionenleiter). Der Wasserstoff wird nun zur Negativ-Elektrode geleitet und auf einem Katalysator aktiviert. Die somit freigesetzten Elektronen wandern durch die Polymer-Elektrolyt-Membran zur positiven Elektrode, die chemische wird in elektrische Energie umgewandelt. Die Wasserstoff-Atome haben sich bei Abgabe der Elektronen zu Ionen verwandelt, wandern zur negativen Seite und reagieren mit Sauerstoff chemisch zu Wasser. Die Brennstoffzelle gilt damit als denkbarer Batterie-Ersatz bzw. emissionsfreie Alternative zu einem Verbrennungsmotor als Generator. Denn bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht als Emission lediglich Wasserdampf.
  • Der Nachteil ist die aufwendige Lagerung des „Rohmaterials“ im Fahrzeug: Wasserstoff ist bei atmosphärischem Luftdruck gasförmig, hat damit eine geringere Energiedichte als Benzin und muss im Tank komprimiert werden, derzeit mit 700 bar Druck.

Wasserstoff-Tankstellen: So ist die Infrastruktur

25 existierende Tankstellen in Deutschland, 50 in der Planung: Die Infrastruktur ist nicht ermutigend. Die sichere Lagerung des Wasserstoffs ist das größte Problem bei der Installation eines flächendeckenden Netzes von Wasserstoff-Tankstellen. Um dafür zu werben, hatte Mercedes-Benz im IAA-Jahr 2014 drei B-Klasse F-CELL auf eine über 30.000 Kilometer lange Weltreise über vier Kontinente geschickt: „Die Technik ist da, jetzt müssen die Tankstellen folgen,“ war die Botschaft. Derzeit sind rund 25 H2-Stationen in Deutschland in Betrieb, weitere 50 in Planung – ein Verzeichnis findet sich auf der vom TÜV Süd installierten Website www.netinform.net. Die Wasserstoff-Versorgung der Tankstellen kann über Pipeline oder Tanklastwagen erfolgen.

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