Exklusiv: Historie und Histörchen (49): „Willkommen im Klub!“
Als in den frühen 90-ger Jahren des vergangenen Jahrhunderts Mercedes-Benz sein erstes Brennstoffzellen-Auto vorstellte, nutzte der damalige Pressechef des Batterieherstellers Varta eine seiner ersten E-Mails für einen Glückwunsch an die Stuttgarter: „Willkommen im Klub!“. Denn zu der Zeit hatte Varta sein erstes Brennstoffzellen-Fahrzeug im Forschungszentrum Kelkheim nach rund zehn Jahren schon wieder verschrottet, weil die deutsche Automobilindustrie kein Interesse mehr an abgasfreien Antrieben gezeigt hatte. Die USA hatten ihre Umweltschutzvorschriften geändert, und die Brennstoffzelle wurde von einem Tag zum anderen von einer Technik in Erprobung zu einer Illusion.
Gleichzeitig verschwand auch der Wasserstoff als alternativer Kraftstoff
wieder aus dem Blick. Noch im November 1988 hatte BMW dem
kalifornischen Gouverneur Arnold Schwarzenegger mit lauter Begleitmusik
einen BMW Hydrogen 7 übergeben, einen 7er BMW, der Wasserstoff und
Benzin aus zwei Tanks für seinen Verbrennungsmotor an Bord hatte. Doch
der Ansatz, Wasserstoff im Verbrennungsmotor scheiterte – an fehlenden
Tankstellen, den Stickoxid-Werten und dem mangelnden Engagement von
Unternehmen und Kunden.
Flüssiger Wasserstoff wird bei Temperatur von minus -253 Grad Celsius
flüssig und damit tankbar. Dazu muss Wasserstoff aus einem Tank soweit
komprmiert werden, dass die Minustemperatur erreicht wird. Einmal im
Tank entsteht das zweite Problem: Wasserstoff verflüchtigt sich gern aus
dem Tank, weil die H2-Moleküle sehr klein sind und sich daher durch
viele Materialien verkrümeln kann. Auf dem Weg zum Motor muss er dann
mit Wärme von außen wieder gasförmig am Einspritzsystem abgegeben
werden. Gegenüber dem Wasserstoffverbrenner weist die Brennstoffzelle in
Verbindung mit einem Elektromotor dennoch eine höhere Effizienz auf.
Sie kann bis zu 60 Prozent betragen, was allerdings in der Hauptsache
dem elektrischen Wirkungsgrad des Elektromotors zu danken ist.
Ein Nachteil der Wasserstoffwirtschaft ergibt sich aus dem Wasserstoff
selbst, der kaum in natürlicher Form vorkommt, sondern produziert werden
muss. Produzieren bedeutet aber Energieverbrauch, beispielsweise bei
der Produktion von Wasserstoff aus Erdgas (CH3) oder Kohlendioxid (CO2)
entsteht. Eine andere Idee wäre die tatsächliche Umkehrung der
Elektrolyse (Energiegewinnung durch chemische Reaktionen beispielsweise
durch die Spaltung von Wasser), erste Experimente hierzu finden derzeit
in Norwegen statt. Die haben ja auch genug Strom aus Wasserkraft und
führen damit den anderen vor Augen, unter welchen Bedingungen die
Wasserstoffwirtschaft sinnvoll ist: Erzeugung mit umweltfreundlich
erzeugter Energie.
Erste Vorversuche zur Brennstoffzelle gab es bereits im 19. Jahrhundert.
„Erfunden“ wurde sie dann im Jahr 1839 von dem in Swansea, Wales,
geborenen Juristen und Physiker Sir William Robert Grove (1811-1896). Er
experimentierte zu dieser Zeit mit der Elektrolyse von Wasser zu
Wasserstoff und Sauerstoff und stellte fest, dass sich dieser Prozess
nicht nur in der Theorie, sondern auch praktisch umkehren ließ.
Jahrzehntelang wurde die Brennstoffzelle im Stillen weiterentwickelt.
Anfangs hatte Deutschland in diesem Bereich die Nase vorn, getrieben von
der US-Vorschrift, nach der 1998 fünf Prozent aller verkauften Autos in
den USA komplett ohne Emissionen fahren sollten. Doch dann überzeugte
die Lobby der US-Industrie die Politik, dass dieses Ziel mit der
Batterie nicht zu erreichen war. Die Politik verzichtete, und die
deutsche Industrie ließ erst einmal alles neben dem Benzin- und
Dieselmotor und der uralten Blei-Säure-Batterie wie eine heiße Kartoffel
fahren. Opfer war die Batterietechnologie wie die
Lithiumionen-Batterie, die heute aus Asien kommt und die
Brennstoffzelle, die allerdings trotzdem im Verborgenen weiterlebte.
Nach vielen Prototypen und den Kleinserien zeigte Mercedes-Benz auf der
Internationalen Automobil-Ausstellung 2011zum 125. Geburtstag des
Automobils, wie dessen Zukunft aussehen könnte. Unter dem Motto
„Mercedes Next“ präsentierten die Stuttgarter auch das
Forschungsfahrzeug F 125!. Beim F 125! setzte Mercedes-Benz seine Vision
vom emissionsfreien Fahren mit Wasserstoff um und unterstrich dabei das
Potential von H2 als Energieträger der Zukunft. Der F 125! war ein
Plug-in-Hybrid, das seine elektrische Energie aus einer Brennstoffzelle
bezog, Der Antrieb bestand aus einer Brennstoffzelle und einer
leistungsfähigen Lithium-Schwefel-Hochvoltbatterie. Als
Wasserstoffspeicher diente ein neuartiger Wasserstofftank, der direkt in
die Karosseriestruktur integriert war. Als Reichweite wurden 1000 km
angegeben.
Schon um 1995 beschäftigten sich Autobauer intensiv mit
Brennstoffzellen-Pkw. Daimler-Benz stellte mit dem Necar II (New
Electric Car) ein Forschungsfahrzeug vor und rühmte es als das „mit
Abstand umweltfreundlichstes Auto der Welt“. Wird gegenüber auch die
Herstellung des Wasserstoffs als Vorkette bis zur Betankung
(Well-to-Tank) in die Betrachtung einbezogen
(Well-to-Wheel-Betrachtung), verschlechtert sich dessen Ökobilanz
drastisch, wird es gar als „Eines der klimafeindlichsten Autos
überhaupt“ bezeichnet.
Neuere Ökobilanzen zeigen nun, unter welchen Rahmenbedingungen
Brennstoffzellenfahrzeuge ökologisch konkurrenzfähig werden im Vergleich
zu batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen und konventionellen
Benzinautos. Daimler wollte 2014 mit der Großserienfertigung von
Wasserstofffahrzeugen beginnen. Um die Alltagstauglichkeit des
Wasserstoffantriebes nachzuweisen, startete Daimler eine Weltumrundung
mit mehreren Brennstoffzellenfahrzeugen der Mercedes-Benz B-Klasse.
Bereits 200 Serienfahrzeuge dieses Typs wurden 2010 auf Leasingbasis an
Kunden ausgeliefert. Doch Ende 2012 wurde die Serienproduktion um
mehrere Jahre verschoben.
Dabei darf man Opel zu den Pionieren des Brennstoffzellenantriebs
zählen. General Motors – genauer gesagt eine Opel-Abteilung für
alternative Abtriebe in der Nähe von Rüsselsheim – hatte ein Konzept,
das in den General Motors/Opel HydrGen3 einfloss, von dem es zwei
Ausführungen gab, die sich in der Wasserstoffspeicherung unterschieden.
Die erste Version hatte einen 68 Liter fassenden Tank für flüssigen
Wasserstoff. Diese 4,8 kg Wasserstoff reichten für ca. 400 km. Die
andere Version hatte Wasserstoffdrucktanks die bei 700 bar Druck etwa
2,8 kg Wasserstoff fassten, was für etwa 270 km Fahrstrecke reichte. Die
Höchstgeschwindigkeit betrug 160 km/h bei einer Beschleunigung von 0
bis 100 km/h in 16 Sekunden.
Die zweimillionste Meile (3,22 Millionen Kilometer) der weltweiten Brennstoffzellen-Testflotte von GM wurde jetzt von einem Opel HydroGen4 zurückgelegt. Foto: Auto-Medienportal.Net/Opel
Der Opel HydroGen4 (auch GM HydroGen4, HydroGen4 by Opel; in den USA
Chevrolet Equinox Fuel Cell, in Großbritannien Vauxhall HydroGen4) ist
ein Brennstoffzellenfahrzeug, das auf der Internationalen
Automobilausstellung 2007 in Frankfurt am Main vorgestellt wurde.
Opel hatte im April 2011 angekündigt, ab 2015 erste Serienmodelle mit
Brennstoffzellenantrieb in Serie zu fertigen. Parallel wollte das damals
noch zu General Motors gehörende Unternehmen den Aufbau einer
flächendeckenden Infrastruktur für Wasserstofftankstellen
voranzutreiben. Auch daraus wurde nichts.
Mit dem Mercedes-Benz GLC F-Cell setzen die Stuttgarter auf der IAA 2017
in Frankfurt erneut ein Ausrufezeichen. Das Vorserienfahrzeug soll das
weltweit erste Elektroauto sein, das eine Brennstoffzelle und eine
Batterie für den Elektroantrieb miteinander verbindet, den Mercedes-Benz
GLC F-Cell. Insgesamt fasst das Antriebssystem 4,4 Kilogramm
Wasserstoff, was allein für eine Reichweite von bis zu 437 Kilometern
(NEFZ) ausreichen soll. Hinzukommt die zusätzliche Energie aus einer
13,8 kWh großen Lithiumionen-Batterie, die noch einmal 49 Kilometer oben
drauflegt. Insgesamt ergibt sich somit eine Reichweite von rund 500
Kilometern. Während der Wasserstofftank des SUVs in drei bis fünf
Minuten aufgefüllt werden kann, nimmt das Aufladen von Akkus deutlich
mehr Zeit in Anspruch.
Einen entscheidenden Schritt haben die Entwickler auch bei der Bauweise
der Brennstoffzelleneinheit gemacht, die in Zusammenarbeit mit Ford
entstanden ist. Die Module benötigen weniger Platz und lassen sich im
Motorraum des GLC unterbringen. Hinzukommt, dass die Systemleistung um
40 Prozent gestiegen und der Platinanteil um 90 Prozent gesunken sein
soll.
Zum Detroiter Autosalon 2016 hatte Audi seinen ersten Concept-Wagen mit
Brennstoffzellen-Antrieb gezeigt, der eine Reichweite von 600 km haben
sollte. Seine Höchstgeschwindigkeit war mit 200 km/h, die Beschleunigung
0 bis 100 in 7 Sekunden angegeben. Seine Tankzeit sollte nur 4 Minuten
betragen.
Doch verfestigt sich zur Zeit der Eindruck, dass die Entwicklung von
Brennstoffzellen-Fahrzeugen und die Vorbereitungen für einen Serienbau
in Deutschland ins Stocken geraten sind. Der Grund mag in den aktuellen
Umweltvorschriften liegen. Wenn die Hersteller bis 2025 eine
Kohlendioxid-Emission von 95 Gramm pro Kilometer erreichen wollen,
brauchen sie schnell elektrisch betriebene Fahrzeuge. Denn für die
stellt Europa einen Bonus in Rechnung, der hilft, den höheren Verbrauch
größerer Verbrennungsmotoren zu kompensieren. Kurzfristig steht aber nur
die Batterie als Energiespeicher für die Elektromobilität zur
Verfügung. Fürs Erreichen der Grenzwerte beim Flottenverbrauch brauchen
gerade die deutschen Premiumhersteller die Elektro-Boni. Für die
Enzwicklung der Brennstoffzellen-Technologie und besonders der
Tank-Infrastruktur bleiben weder Zeit noch Geld.
Sie nehmen dabei den Widerspruch in Kauf, dass sie auf der einen Seite
hunderte von Millionen in Leichtbau investieren und gleichzeitig dem
Elektroauto mindestens eine halbe Tonnen Batterie mit ins Autoleben
geben. So wird die Batterietechnologie zu einer Übergangstechnologie bis
die Brennstoffzelle übernehmen kann. Diesen teuren Umweg verdanken
unsere Gesellschaft dem hysterischen Umgang mit den Auto-Emissionen.
Auch hier gibt es einen Widerspruch zu bedauern: Der ökologische
Fußabdruck eines Elektroautos mit Batterien (cradle2grave) über die
Produktion bis zur Verschrottung eines Elektroautos ist beim deutschen
Kraftwerksmix mit rund 40 Prozent Strom aus Braunkohle deutlich
negativer als der eines Autos mit Verbrennungsmotor. Um die
Emissionssituation in Ballungsräumen zu verringern, schädigen wir so das
Klima.
Doch die asiatischen Hersteller arbeiten mal wieder strategischer. Das
zeigts sich in der Vergangenheit schon in der Präsentation von
Concept-Cars, dass die asiatischen Hersteller – speziell Hyundai in
Süd-Korea – und die japanischen Autofirmen erfinderischer, schneller und
konsequenter auf dem Weg zum Serienbau der neuen Motorenart waren.
Die japanische Firma Genepax stellte zum 30. Juni 2008 einen Kleinwagen
mit Kunststoffkarosserie vor, der mit vier bis fünf Litern Wasser 100 km
weit fahren sollte. Natürlich verriet die japanische Firma Genepax
keine Details darüber, wie das als „Treibstoff” verwendete Wasser in
ihrer Brennstoffzelle in Energie verwandelt würde. Sie sprach von
„membrane electrode assembly” (oder MEA), die „länger als jede andere
Technologie” Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten könne. Und
das angeblich ohne jede weitere Energie- oder Stoffzufuhr. Demnach
handelte es sich um einen Katalysator, der das äußerst stabile
Wasseratom ohne Energiezufuhr und ohne sich zu verbrauchen aufspaltete.
Was wiederum eine Sensation wäre, schließlich wäre das “Abgas” der
Verbrennung zugleich der Treibstoff – ein endloser Energiezyklus also.
Die Zelle sollte mit einem Liter Wasser die Energie für 80 Kilometer
Fahrstrecke bei 80 Stundenkilometern erzeugen. Die Zelle kostete rund 12
000 Euro in der Herstellung und sollte in einem industrialisierten
Prozess auf 5000 Euro verbilligt werden können. Die Firma in Yokohama
suchte den Kontakt zu einem großen Autokonzern, der das Wasserstoffauto
in Serie bauen sollte. Genepax erforschte seit 25 Jahren neue Energien.
Doch neue Botschaften zum Wasserantrieb bleiben seither aus.
In New York stellte die Nobelmarke von Hyundai 2017 ein neues Luxus-SUV
vor: Das Genesis GV80 Fuel Cell Concept ist das erste SUV der
Edel-Submarke des koreanischen Herstellers und soll den
Brennstoffzellenantrieb endgültig salonfähig machen. Das Design des
Wagens erinnert ein wenig an Bentley – nicht ohne Grund, denn die
kraftvollen Linien der Karosserie stammen vom ehemaligen
Bentley-Designer Luc Donckerwolke. Die eigentliche Revolution schlummert
aber im Motorraum. Doch genau hier gibt sich der Hersteller besonders
bedeckt.
Honda war Mitbegründer von „HyFIVE“ (Hydrogen For Innovative Vehicles),
dem größten Projekt zur Förderung von Brennstoffzellenelektrofahrzeugen
in Europa. Gemeinsam mit anderen führenden Automobilherstellern,
Wasserstoffanbietern und international tätigen Energieberatungen hob
Honda in London die mit 38,4 Millionen Euro bezifferte Initiative im
April 2014 aus der Taufe. Seit 2017 hat sich der internationale
Wasserstoff-Allianz Hydrogen Council etabliert. Beim
Weltwirtschaftstreffen 2018 in Davos meldete die Allianz elf neue
Mitglieder. Dazu zählen neu 3M, Bosch, China Energy, Great Wall Motor,
JXTG Nippon Oil & Energy Corporation und Weichai als Kernmitglieder
sowie Hexagon Composites, Marubeni, McPhy, Nel Hydrogen und Royal Vopak
auf unterstützender Ebene. Zu den Gründungmitgliedern zählen Audi, BMW,
Daimler, GM, Honda, Hyundai, Kawasaki und Toyota sowie Energie- und
Technologieunternehmen wie Air Liquide, Alstom, Anglo American, Engie,
Shell, Linde und Total. Nun beginnt die Wasserstoff-Technologie, Fahrt
aufzunehmen.
Mit dabei bei der Entwicklung der Technologie ist seit rund zwei
Jahrzehnten Honda. Bereits 2002 präsentierte das Unternehmen mit dem FCX
den weltweit ersten voll zertifizierten Brennstoffzellen-Pkw, der in
einem Leasingmodell Flottenkunden angeboten wurde. 2005 war Honda der
erste Automobilhersteller, der Endverbrauchern ein mit Wasserstoff
betriebenes Fahrzeug zur Verfügung stellte. 2007 präsentierte das
Unternehmen dann mit dem FCX Clarity das weltweit erste in kleiner Serie
gefertigte Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug der Welt.
Im Honda FCX Clarity sorgte eine revolutionär kleine neue
Brennstoffzelle im Mitteltunnel für den Strom, mit dem der 136 PS (100
kW) starke Elektromotor die viersitzige Limousine antrieb. 258
Newtonmeter (Nm) Drehmoment sorgten vom ersten Augenblick an für die
Kraft. Kleiner Motor, kleine Brennstoffzelle, kleine
Lithiumionen-Batterie und ein flacher Wasserstofftank (171ltr.) unter
den Rücksitzen hatten den Designern die Möglichkeit gegeben, ein Auto
mit optimalem Raum für die Passagiere zu konstruieren. Der 1625 kg
schwere FCX Clarity sollte 160 km/h schnell sein. Außer Wasserdampf
wurde kein Abgas produziert. Reichweite: 460 Kilometer.
2013 nahm Hyundai in Korea als erster Hersteller die Serienfertigung des
Brennstoffzellen-SUV Hyundai ix35 FCEV in Serie auf. Seit 2015 befand
sich der Wagen unter der Bezeichnung Hyundai iX35 fuel cell im
offiziellen Vertriebsprogramm von Hyundai Deutschland. Seine Nachfolger
ist der Hyundai Nexo. Die vierte Generation der von Hyundai entwickelten
Brennstoffzelle soll eine Energieeffizienz von 60 Prozent aufweisen und
ist damit rund neun Prozentpunkte effizienter als das bisher
eingesetzte Aggregat im iX35. 580 Kilometer sollen damit möglich sein.
Rechnet man mit dem hierzulande noch gängigen NEFZ, sollen es sogar rund
800 Kilometer sein. Die Leistung des Antriebs ist mit auf 163 PS (120
kW) gesteigert worden. Bis minus 30 Grad soll das optimierte System
problemlos funktionieren, sagt Hyundai.
Im November 2014 kündigte Toyota die Serienfertigung eines
Brennstoffzellenautos an. Seit 2015 wird dieses Auto auch in Deutschland
gezeigt. 2015 bringt Toyota den in Serie gefertigten
Brennstoffzellen-Pkw unter dem Namen Mirai (jap.= Zukunft) auf den
internationalen Markt. Im April 2015 zeigte Toyota das Modell Mirai. Das
Besondere an dem Mirai ist sein Antrieb. Er besitzt als erster
Toyota-Serienwagen einen Brennstoffzellen-Antrieb. Der Wasserstoff wird
in zwei Tank mit jeweils 60 Litern gepresst. Das reicht für rund 550 km.
Der Elektromotor leistet 155 PS (104 kW). Damit erreichte der Wagen
eine Spitze von knapp 180 km/h.
Das visionäre Lexus LF-FC (Lexus Future – Flagship Car / Fuell Cell) Concept Car vermittelte 2016 einen Eindruck davon, wie das Design und die Technologie des künftigen Flaggschiffs der Marke ausfallen könnte. Mit dem LF-FC, der mit einer Hochleistungs-Brennstoffzelle, Allrad-Antrieb, einer Gestensteuerung sowie autonomen Fahrtechnologien ausgestattet war, unterstrich Lexus die Absicht, bis etwa 2020 auch ein Brennstoffzellen-Fahrzeug in das Modellprogramm aufzunehmen.
Die französische Reifenfirma Michelin finanzierte unter ihrem Namen ein
Coupé mit Brennstoffzellen. Der Wagen besaß eine Kunststoffkarosserie
und wurde als Einzelstück und Studie zum Genfer Automobilsalon im März
2005 gezeigt.
2012 stellte Nissan den Terra mit Brennstoffzellen-Antrieb auf dem
Pariser Autosalon als Studie vor. Der Terra wurde von drei
Elektromotoren angetrieben, einen an der Vorderachse, sowie zwei
Radnabenmotoren an der Hinterachse. Die Energieversorgung übernahm eine
Brennstoffzelle. Nissan gab 500 km Reichweite an.
Das mit einem Wasserstoffantrieb ausgerüstete Pininfarina H2 Speed
Concept sollte tatsächlich in einer Kleinserie von zehn Exemplaren
gebaut werden. Kostenpunkt des ungewöhnlichen Supersportwagens: rund 2,5
Millionen US-Dollar. Anstelle einer Batterie setzten die Ingenieure auf
ein mit Wasserstoff betriebenes Brennstoffzellenelement in Kombination
mit einem Bremsenergie-Rückgewinnungssystem. Tempo 100 könnte das H2
Speed Concept so in lediglich 3,5 Sekunden erreichen. In der Spitze
wären bis zu 300 km/h drin. Besonders interessant. Die Technik für das
Supercar stammte dagegen vom europäischen Hersteller GreenGT.
Aus der europäischen Perspektive hat der Hyundai zur Zeit die Nase beim
Angebot von Fahrzeugen mit Brennstoffzellen als Energiequelle für den
Elektroantrieb vorn. So wird Hyundai ab 2019 mit dem Schweizer
Wasserstoffunternehmen H2 Energy (H2E) über den Zeitraum von fünf Jahren
eine Brennstoffzellen-Lkw-Flotte von 1000 Hyundai Fuel Cell Electric
Trucks bereitstellen. Der koreanische Konzern zeigt beim Wasserstoff die
meisten Ambitionen, zusammen mit den japanischen Herstellern. Die
deutschen Hersteller, die immer mit Recht so auf ihren Vorsprung bei
vielen automobilen Technologien verweisen, halten sich zurück. Sie sind
gezwungen, erst einmal die Übergangstechnologie batterieelektrischen
Antrieb abzurbeiten.
Text: ampnet/hptb
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