Kommt die Wasserstoff-Welle?

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Mit Hybrid-Fahrzeugen hat Toyota den Markt schon länger aufgemischt, jetzt setzt der weltgrösste Autohersteller im grossen Stil auf Wasserstoff als Treibstoff. Der Anfang ist gemacht. Seit wenigen Wochen wird der Mirai - japanisch für Zukunft - in Serieproduktion produziert.

Die Idee, Wasserstoff als Energieträger beim Autofahren einzusetzen, ist nicht neu. Das Prinzip der Wasserstoff-Brennstoffzelle ebenso schon länger bekannt.

Mit Hybrid-Fahrzeugen hat Toyota den Markt bereits schon aufgemischt, jetzt setzt der weltgrösste Autohersteller im grossen Stil auf Wasserstoff als Treibstoff. Der Anfang ist gemacht. Seit kurzer Zeit wird der Mirai – japanisch für “Zukunft” – in Serie produziert. Aktuell rollen etwa zehn Toyota Mirai pro Tag im heimatlichen Japan vom Band, gemäss Entwicklungschef Kiyotaka Ise sind es 3000 Stück im Jahr. Eine Erhöhung der Produktionszahlen ist abzusehen.

Zur Einführung des ersten Großserienfahrzeugs mit Brennstoffzelle gibt sich der Autokonzern jedoch bescheiden. So sagte etwa Yoshikazu Tanaka, Chefingenieur von Toyota:

“Bis zum Durchbruch von Brennstoffzellenfahrzeugen werden wohl noch 10, 20 oder vielleicht noch mehr Jahre vergehen.”

Geduld ist in der japanischen Kultur noch eher beheimatet, als in den Dividenden-getrieben westlichen Konzernen. Die Strategie einer langfristigen Ausrichtung ist daher wohl sehr bewusst gewählt worden und wird von den Aktionären mitgetragen.

Bereits vor 20 Jahren wurden die Japaner bei der Vorstellung des Hybridautos Prius belächelt. Nachdem davon bisher über 8 Millionen Modelle verkauft wurden, lacht keiner mehr. Bei Toyota hofft man nun, dass sich die Geschichte mit der Brennstoffzellen-Technologie wiederholt.

Die Strategie beim asiatischen Weltführer sieht zukünftig “batteriebetriebene Elektroautos für Kurzstrecken” und “Wasserstoffautos für Langstrecken” vor.

Wie funktioniert ein Wasserstofffahrzeug?

Im Gegensatz zu einer Wasserstoffrakete bei der der Treibstoff entzündet wird (und CO2 ausstösst), dient H2 in den neuen Fahrzeugkonzepten lediglich als Energieträger für ein nachfolgendes Antriebssystem. Die Energie wird dabei an Bord in der Brennstoffzelle umgewandelt in Strom und damit werden die Elektromotoren angetrieben. Als Abfallprodukt fällt bloss etwas Wasser an. Ebenso wie Elektromobile fahren Wasserstoff-Brennstoffzellenautos lokal emissionslos.

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Schnitt durch ein Brennstoffzellenfahrzeug von Toyota

H2-Herstellung dank Sektorkopplung

Wasserstoff (H2) ist zwar das im Weltraum am häufigsten vorkommende Element (Sonnen und Gasplaneten), kommt jedoch auf der Erde in seiner reinen Form (natürlich) nicht vor.  Wasserstoff ist das leichteste bekannte Element – 14 Mal leichter als die Luft – ist chemischer Bestandteil von Wasser und kann mittels Elektrolyse daraus gelöst werden. Dieser Umwandlungsprozess benötigt jedoch einiges an elektrischer Energie.

Ökologisch sinnvoll ist die Power-to-Gas-Sektorkopplung jedoch vor allem dann, wenn überschüssiger Sonnen- und Windstrom vorhanden ist (siehe dazu auch weitere Artikel hier und hier). Dies wird dank dem massiven Ausbau der neuen Erneuerbaren hoffentlich bald öfters der Fall sein. Jüngst sorgte über die Neujahrstage Sturm “Burglind” wiedermal für “ordentlich Power”.

Vorteile und Gefahren von Wasserstoff als Treibstoff

Entgegen den “Laborangaben” von Elektrofahrzeugen haben Wasserstoffautos eine sichere Reichweite. Aktuell erreichen die Modelle um die 500 km

Eine Tankfüllung mit Wasserstoff dauert etwa 3 min. Der Tank steht dabei allerdings unter dem hohen Druck von bis zu 700 bar. Hohe Drücke hat man jedoch “im Griff” und die Sicherheit wird durch ausführliche und harte Crashtests auch belegt. Beim Tankaufbau wurde bewährtes Wissen aus der Formel 1 eingesetzt.

Gerne wird spöttisch von einer “gefährlichen Chemiefabrik an Bord” gesprochen. Effektiv ist Wasserstoff in hoher Konzentration explosiv, wie viele andere Gase auch, weist aber den Vorteil auf das er sehr flüchtig ist und damit tendenziell weniger gefährlich als Benzin.

Die Innenräume der aktuellen Modelle werden mittels Sensorik auf eventuelle Leckagen überwacht. Im Gefährdungsfall wird der Wasserstoff kontrolliert abgelassen.

Die Umformung in der Brennstoffzelle erzeugt reichlich Wärme. Ein Flüssigkeits-Kühlkreislauf führt die bis zu 60°C heisse Abwärme weg. Während beim reinen Elektrofahrzeug die Heizung auf Kosten der Reichweite erzeugt wird, entsteht sie hier also “umsonst”.

Frühere Brennstoffzellen-Technologien hatten noch die Kälteproblematik, die zwischenzeitlich jedoch gelöst werden konnte. Auch ein Start bei minus 30°C soll nun problemlos möglich sein.

Wer baut Brennstoffzellen-Fahrzeuge?

Toyota und Hyundai sind die einzigen Hersteller, die Brennstoffzellenfahrzeuge verkaufen. Die Modelle werden nachfolgend genauer vorgestellt.

Konzept- und Prototypenfahrzeuge gibt es unter anderem von folgenden Herstellern:

  • Daimler Mercedes-Benz: F-Cell A-Klasse (2003), B-Klasse (2007), die futuristische “Vision Tokyo” (2015), GLC F-Cell (seit 2017 in Vorserie)
  • Audi: A2H2 (2004), A7 h-tron (2015) (welcher die Möglichkeit bietet 50km rein elektrisch zu fahren und damit H2 zu sparen, wenn er am Netz geladen wird) oder der h-tron quattro SUV concept (2016)
  • Volkswagen: VW Bora HyMotion (2000), VW Touran HyMotion (2004), VW Golf HyMotion (2014)
  • GM: Electrovan (1966!), Opel HydroGen4 (2006)
  • Honda: FCX Clarity (2008)
  • Fiat
  • Chrysler/Jeep

Werfen wir nun aber einen Blick auf die neusten H2-Vorzeigemodelle, die in Serienproduktion sind:

Toyota Mirai

Leistung Brennstoffzellen/E-Antriebssystem: 114 kW / 155 PS

Reichweite: ca. 500 km

Kraftstoffverbrauch (Wasserstoff) kombiniert: 0,76 kg / 100 km

Höchstgeschwindigkeit: 178 km/h

Preis: ca. 78’000 Euro

Im 2017 wurden ca. 3’000 Exemplare gebaut worden sein und im Jahr 2020 sollten es bereits 30’000 Mirai jährlich sein. Zu kaufen gibt es den Mirai außer in Japan in Deutschland, Großbritannien, Dänemark und Belgien.

Hyundai ix35 FCEV (fuel cell electric vehicle)

Hyundai_ix35_FCEV

Hyundai ix35 FCEV; Quelle Hyundai

Leistung Brennstoffzellen/E-Antriebssystem: 100 kW / 136 PS

Reichweite: ca. 500 km

Kraftstoffverbrauch (Wasserstoff) kombiniert: 1.1 kg / 100 km

Höchstgeschwindigkeit: 160 km/h

Preis: ca. 65’000 Euro

In Europa sind vom ix35 FCEV einige Hundert Fahrzeuge des südkoreanischen Herstellers unterwegs. Etwa 50 Stück davon in München im Carsharingsystem von BeeZero.

Wasserstoff, ein Versprechen für die Zukunft?

Der Preis von H2-Brennstoffzellenauto ist in Abhängigkeit vom kleinen Marktanteil und den geringen Stückzahlen noch eher hoch.

Für den verbreiteten Einsatz tauglich ist die Wasserstoff-Technologie jedoch erst, wenn die Tankstellen Infrastruktur dafür vorhanden ist. Aktuell sind europaweit erst wenige Dutzend Tankstellen für die Wasserstoff-Betankung ausgerüstet. In den Ausbau soll in den nächsten Jahren aber massiv investiert werden, wofür Konsortien und Interessengemeinschaften gebildet werden. In Deutschland will man bis 2023 mit 400 Tankstellen eine vollflächige Abdeckung erreichen. Mit fast einer Million Euro ist eine Wasserstoff-Tankstelle heute aber noch sehr kostspielig.

Aufgrund der vielen Vorteile werden Wasserstoff-Fahrzeuge in der Mobilität der Zukunft vermutlich eine durchaus relevante Rolle spielen, wenn auch andere Hersteller nachziehen und damit die Entwicklung beschleunigen. In 10 Jahren könnten Brennstoffzellen-Autos ein absolut normales Bild auf den Strassen sein und aus ihrem Auspuff entweicht nichts als Wasserdampf und hin und wieder ein paar Wassertropfen. Ein sympathisches Szenario!

 

Quellen: Toyota, HyundaiSpiegel.deGenesis Nanotech, energie-fuer-immer.com, wikipedia.org

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