Alternative Antriebe: Was die Brennstoffzelle kann

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Alternative Antriebe: Was die Brennstoffzelle kann

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Ein Brennstoffzellen-Auto der Firma Toyota.

von Sebastian Schaal

Abgasfrei, geräuschlos und in wenigen Minuten aufgetankt: Die Brennstoffzelle scheint die Vorteile von Benzin- und Elektromotoren zu verbinden. Was die Technik kann – und was zum Durchbruch fehlt.

Ein leises Surren – mehr ist nicht zu hören, als der Toyota Mirai an der grünen Ampel losfährt. Soweit, so gewöhnlich. Das nahezu lautlose Beschleunigen ist schon von Elektroautos wie dem BMW i3, Tesla Model S oder dem Nissan Leaf bekannt.

Der große Unterschied: Während die Akkus der sogenannten batterieelektrischen Fahrzeuge nach einer mehr oder weniger langen Fahrt (der i3 und der Leaf kommen mit einer Ladung zwischen 100 und 200 Kilometer weit) für Stunden an die Steckdose müssen, droht dem Mirai erst nach rund 500 Kilometern der erste Zwangsstopp. Doch bei dem Toyota geht die Fahrt nach gerade einmal drei Minuten weiter – auf die nächsten 500 Kilometer.

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Das Wichtigste über Wasserstoff und Brennstoffzelle

  • Wasserstoff und Brennstoffzelle

    Wasserstoff ist im Gegensatz zum Öl kein begrenzter Rohstoff. Es ist das am häufigsten vorkommende chemische Element. Größter Erzeuger ist die chemische Industrie, die Wasserstoff als Neben- oder Koppelprodukt herstellt. Allein damit könnten in Deutschland nach Angaben des Technologiekonzerns Linde 750.000 Fahrzeuge betrieben werden.

  • Das Prinzip

    Das Prinzip ist einfach, die technische Umsetzung aber anspruchsvoll: Bei der energieaufwendigen Elektrolyse wird Wasser mit Hilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Wasserstoff ist ein flüchtiges und reaktionsfreudiges Gas, das nur unter hohem Druck oder extrem gekühlt gelagert werden kann.

  • Wirkungsweise

    In einer Brennstoffzelle erzeugen Wasserstoff und Sauerstoff an einer Membran in einer sogenannten kalten Verbrennung Elektrizität. Dabei entsteht auch Wärme. Das Abgas ist Wasserdampf. In einem Auto kann mit einer Brennstoffzelle ein Elektromotor angetrieben werden.

  • Umstrittene Erzeugung

    Umstritten ist aber die Erzeugung des Wasserstoffs. Bislang wird der Energieträger zu 90 Prozent aus dem fossilen Rohstoff Erdgas hergestellt. Während aus dem Auspuff eines Brennstoffzellenautos nur Wasserdampf entweicht, wird bei der Herstellung des Wasserstoffs das klimaschädliche Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) freigesetzt. Wird Wasserstoff aber mit Hilfe von Strom aus Windenergie oder Photovoltaik gewonnen, ist die Klimabilanz deutlich besser.

  • Reichweite

    Die Reichweite von Autos mit Brennstoffzelle ist deutlich größer als die der batteriegetriebenen Fahrzeuge. Ein Beispiel: Eine Mercedes-Benz B-Klasse mit Brennstoffzelle hat nach Unternehmensangaben eine Reichweite von 385 Kilometern, der Elektro-Smart mit Batterie kann bis zu 135 Kilometer zurücklegen.

Statt Strom zu laden tankt der Mirai reinen Wasserstoff. Eine Brennstoffzelle an Bord gewinnt aus dem Wasserstoff Strom, der dann den Elektromotor antreibt. Aus dem Auspuff entweichen lediglich warme Luft und Wasserdampf. Stammt der Wasserstoff aus einer nachhaltigen Produktion, fallen bei der Fortbewegung keine Emissionen an.

Toyota hat das Rennen gewonnen

Der Traum der Mobilität ohne schlechtes Gewissen kann so Realität werden. Wie gesagt – kann.

Die großen Autobauer sind in den Wettbewerb um das erste bezahlbare Großserienmodell mit Wasserstoffantrieb eingestiegen. Das Rennen hat Toyota gewonnen, denn der Mirai ist keine Zukunftsvision mehr: In Japan wird der Brennstoffzellen-Wagen ab Dezember verkauft, in Deutschland kommt er im September 2015 für rund 79.000 Euro in den Handel.

Doch die aufgescheuchte Konkurrenz wird auf absehbare Zeit nachziehen. Toyotas Kooperationspartner BMW wird wohl 2016 mit modifizierter Mirai-Technik den i5 auf den Markt bringen, Hondas Wasserstoffauto FCV will ebenfalls ab 2016 mit stolzen 700 Kilometern Reichweite glänzen. Das Quartett Daimler, Ford und Renault-Nissan plant, ab 2017 gemeinsam entwickelte Wasserstoff-Modelle zu verkaufen. Hyundai hat auf Basis des SUVs iX35 bereits eine Kleinserie von 1000 Brennstoffzellenautos auf der Straße.

In Japan setzt die Politik auf Wasserstoff

Die nächste Generation der Honda-Technik dürfte auch bei Opel zum Einsatz kommen, der Mutterkonzern General Motors und Honda arbeiten bei der Brennstoffzelle zusammen. Auf der Automesse in Los Angeles zeigte außerdem der Volkswagen-Konzern mit zwei Konzeptfahrzeugen auf Basis eines Golf Variant und eines Audi A7, dass man bei der anspruchsvollen Technik nicht hinterher hinkt. Kurzum: Es ist mehr im Kommen.

„Alle großen Hersteller arbeiten an der Brennstoffzelle. Toyota verfolgt die Technologie sehr konsequent“, sagt Jörg Karstedt, Koordinator Elektromobilität beim Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (ZBT) in Duisburg, einem unabhängigen Dienstleister für Forschung und Entwicklung von Brennstoffzellen-, Wasserstoff- und Batterietechnik. „Sie arbeiten am Einsatz der Brennstoffzelle in vielen Bereichen, neben dem Auto etwa auch bei Bussen, Gabelstaplern und in der Hausenergieversorgung.“

Toyota Bennstoffzellenauto Mirai kostet 79.000 Euro

Das erste serienmäßige Auto mit Brennstoffzelle, das Toyota am kommenden Montag vorstellt, wird unter dem Namen Mirai auf den Markt gekommen. Die BMW-Variante wird ende 2016 folgen.

Toyota gibt seinem ersten Brennstoffzellenauto den Namen Mirai. Quelle: Presse

Der breite Einsatz der Brennstoffzellen hat bei dem japanischen Hersteller auch einen politischen Hintergrund. „Für Japan ist der Wasserstoff ein Weg, seine Rohölimporte zu verringern und unabhängiger von Energieimporten zu werden“, sagt Karstedt. „Dort liegt ein starker Fokus auf dieser Technik, deshalb wird auch der Ausbau konsequenter vorangetrieben.“

In der EU ist die Motivation für die jüngste Brennstoffzellen-Offensive eine andere. Bis zum Jahr 2050 soll die CO2-Emission des gesamten Verkehrssektors um 95 Prozent sinken – im Vergleich zum Jahr 2009. Die Experten der Beratungsgesellschaft McKinsey sprechen in einer Analyse über die Antriebssysteme der Zukunft den heutigen Verbrennungsmotoren noch ein Einsparpotenzial von 30 Prozent zu. Bei Weitem nicht genug, um die Klimaziele zu schaffen.

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