Der BMW Hydrogen 7 Das Signal: Flüssigwasserstoff als Energieträger für
Mobilität im Alltagsbetrieb realisierbar
- Energiedichte von Flüssigwasserstoff schafft Reichweite.
- Vakuum-Superisolation ermöglicht flüssige Speicherung.
- Ausbau der Wasserstoff-Infrastruktur erhält neue Impulse.
Als erster Automobilhersteller der Welt hat BMW konsequent die mittel- und
langfristige Entwicklung seiner Fahrzeuge auf den Betrieb mit Wasserstoff
ausgerichtet. Mit dem BMW Hydrogen 7 wird nun erstmalig ein Fahrzeug
präsentiert, das mit einem Wasserstoff-Antrieb serientauglich ist und im
Praxisbetrieb ein hohes Mass an Anwenderfreundlichkeit bietet.
Praxistauglichkeit war eine wichtige Zielsetzung während der Entwicklung
und Erprobung des BMW Hydrogen 7. Sie sollte sich auf das gesamte Fahrzeugumfeld
erstrecken, also das Fahren, Betanken, die Wartung und Reparatur. Mit dem Ziel,
das Fahrzeug von Anfang an voll in den Alltagsbetrieb integrierbar zu machen,
hat die BMW Group den BMW Hydrogen 7 konsequent dem Serienentwicklungsprozess
unterzogen.
Energiedichte von Flüssigwasserstoff schafft Reichweite.
Bei der Definition des Energiegehalts von Wasserstoff wird zwischen der
gravimetrischen (bezogen auf das Eigengewicht) und der volumetrischen (bezogen
auf das Volumen) Energiedichte unterschieden. Im Verhältnis
zu seinem Eigengewicht weist Wasserstoff eine sehr hohe Energiedichte auf. Sie
liegt etwa dreimal so hoch wie die gravimetrische Energiedichte von Benzin und
ist damit für die mobile Nutzung sehr interessant. Erheblich geringer fällt in
diesem Vergleich die volumetrische Energiedichte von Wasserstoff aus. Sie
beträgt etwa ein Viertel von Benzin. Im Automobil steht für den Speichertank nur
ein begrenztes Volumen zur Verfügung, deswegen muss der Energieinhalt bezogen
auf das Volumen erhöht werden. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird
der Wasserstoff im gasförmigen Aggregatzustand komprimiert oder er wird bis zum
flüssigen Zustand heruntergekühlt.
Die Kompression von gasförmigem Wasserstoff ist heutzutage bis zu einem Druck
von 700 bar realisierbar. Bei Umgebungsdruck geht Wasserstoff
in den flüssigen Aggregatzustand über, wenn er eine Temperatur von minus 253
Grad Celsius erreicht.
Um bei begrenztem Speichervolumen im Fahrzeug einen möglichst
hohen Energiegehalt zu erzielen, setzt die BMW Group auf Flüssigwasserstoff.
Die volumetrische Energiedichte des flüssigen Treibstoffs, also die Energiemenge
bezogen auf den Volumenbedarf des Speichersystems im Fahrzeug, fällt bei
flüssigem Wasserstoff um mehr als 75 Prozent höher
aus als die des mit 700 bar komprimierten gasförmigen Wasserstoffs.
Mit Flüssigwasserstoff wird folglich eine um 75 Prozent höhere Reichweite
erzielt. Das bedeutet mehr Bewegungsfreiheit für den Fahrer, ein Kriterium das,
solange sich die Infrastruktur für die Wasserstoffbetankung im Aufbau befindet,
von besonders großer Bedeutung ist.
Vakuum-Superisolation ermöglicht Speicherung.
Der Flüssigwasserstoff-Tank stellt neben dem bivalenten Motor im
BMW Hydrogen 7 die bedeutendste Neuentwicklung für die Automobil-industrie dar.
Die besondere Herausforderung der Speicherung von Flüssigwasserstoff liegt
darin, dass der tiefkalte, verflüssigte Wasserstoff für lange Zeit die niedrige
Temperatur von minus 253 Grad Celsius halten muss. Eigens dafür wurde eine
richtungweisende, 30 Millimeter starke Vakuum-Superisolation entwickelt, die die
Wärmedämmung einer 17 Meter starken Styroporschicht erreicht. Damit ist es
möglich, Flüssigwasserstoff über
einen längeren Zeitraum im Fahrzeug zu speichern.
Energiebilanz für die Versorgung mit Flüssigwasserstoff.
Die Verflüssigung von Wasserstoff für die Nutzung als Antriebsenergie in der
automobilen Fortbewegung macht zunächst einen höheren Energieaufwand erforderlich als die Komprimierung von gasförmigem Wasserstoff.
In der Alltagsnutzung verändert sich diese Bilanz jedoch zugunsten des
Flüssigwasserstoffs, denn für die Ermittlung des Energieaufwands muss das
Gesamtsystem „Fahrzeug“ betrachtet werden. In der Gesamtbetrachtung
wird folgender Effekt berücksichtigt: Während des Betankens eines Fahrzeugs mit
gasförmigem Wasserstoff kommt es zur Wärmebildung durch Kompressionswärme. Diese
sorgt für eine Ausdehnung des komprimierten Wasserstoffgases mit einer
nachteiligen Wirkung auf seine Energiedichte.
Für die notwendige Verringerung der Wärmebildung stehen zwei Möglichkeiten zur
Wahl: entweder passives Kühlen, indem Pausen beim Tanken eingelegt werden – eine
Lösung, die auf wenig Verständnis
beim Kunden treffen würde – oder aktives Kühlen durch Absenken der
Wasserstofftemperatur an der Tankstelle vor der Betankung. Dieser Effekt treibt
den durchschnittlichen Energieaufwand in der „Well-to-Wheel“-Effizienz, also bei
der Betrachtung des Wegs des Kraftstoffs von der Quelle bis
zum Rad, für den gasförmig komprimierten Wasserstoff erheblich in die Höhe.
Hinzu kommt, dass Wasserstoff wegen der höheren Dichte bei größeren
Abnahmemengen langfristig in flüssigem Zustand an die Tankstelle geliefert und
dort auch in flüssigem Zustand gelagert wird. Die Erzeugung von Druckgas direkt
an der Tankstelle wäre aufgrund der kleinen Anlagengrößen ineffizient. Ab
mittleren Anlagengrößen erfolgt – solange Pipelines absatzbedingt nicht in Frage
kommen – die Anlieferung ebenso wie bei anderen heute praktizierten
Gasdistributionen in flüssigem Aggregatzustand. Dadurch würde auch vor einer
Betankung mit Wasserstoffgas der Kraftstoff zunächst verflüssigt und vor der
Abgabe verdampft und komprimiert.
Das bedeutet für die Bereitstellung von Druckgas an der Tankstelle einen
erheblichen zusätzlichen Aufwand. Im Vergleich zur Flüssigwasserstoff-Betankung
wäre dadurch der Energieaufwand für die Betankung mit Wasserstoffgas effektiv
höher.
Impulse für den Ausbau der Versorgungsinfrastruktur.
Die Betankung des BMW Hydrogen 7 mit Flüssigwasserstoff ist so konzipiert, dass
sie voll alltagstauglich und in der Handhabung durch den Fahrer weitgehend
analog zur Benzinbetankung abläuft. Bestehende Tankstellen können um
entsprechende Speicher und Dispenser für Wasserstoff erweitert werden, so dass
keine komplett neuen Tankstellen errichtet werden müssen.
Der Vorgang der Flüssigwasserstoff-Betankung unterscheidet sich von
der Benzintankbefüllung im Wesentlichen dadurch, dass eine druck- und
kältedichte Kupplung anstelle der Zapfpistole verwendet wird. In der Bedienung
ändert sich für den Nutzer kaum etwas. Nachdem der Fahrer die
Wasserstoff-Tankkupplung mit dem Tankstutzen des Fahrzeugs verbunden hat,
erfolgen die endgültige Verriegelung, die Befüllung des Tanks und die
Entriegelung systemgesteuert. Dieser Vorgang dauert weniger als 8 Minuten und
ist sauberer und nicht gefährlicher als die herkömmliche Benzinbetankung, weil
weder Kraftstoff unkontrolliert entweicht noch entzündliche Dämpfe austreten
können.
Mit der Präsentation des BMW Hydrogen 7 tritt die BMW Group den Beweis an, dass
der Wechsel zu alternativen Antriebsenergien nicht mit Einbußen
an Freude am Fahren, Komfort oder Praxistauglichkeit einhergehen muss.
Mit der Wasserstoff-Limousine setzt BMW zudem ein deutliches Signal für die
Alltagstauglichkeit von Flüssigwasserstoff als Energieträger im Serienfahrzeug.
Der BMW Hydrogen 7 hat den gesamten Serienentwicklungsprozess
mit allen dazugehörigen, gesetzlich reglementierten Prüfverfahren durchlaufen.
Nach dem vollständigen Produktentstehungsprozess hat die BMW Group gemeinsam mit
dem TÜV Süddeutschland den BMW Hydrogen 7 einem umfangreichen, besonders auf die
Flüssigwasserstoff-Komponenten ausgerichteten Testprogramm unterzogen. Danach
kam der TÜV zu
dem Schluss, dass sich die Wasserstoff-Limousine mindestens ebenso
sicher nutzen lässt wie ein herkömmliches Fahrzeug mit Benzinmotor.
Die Alltagstauglichkeit des mit Flüssigwasserstoff betriebenen
BMW Hydrogen 7 ist fahrzeugseitig erreicht. Trotz aller Tests lässt sich die
Benutzerfreundlichkeit, jedoch nur in der Praxis detailliert erkennen.
Diese bleibt an eine adäquate Infrastruktur geknüpft, welche im Entstehen ist.
Die BMW Group ist Vorreiter in diesem Prozess.
Um den Ausbau einer Versorgungsinfrastruktur voranzutreiben, hat sich
die BMW Group frühzeitig in Partnerschaften engagiert. Dazu gehört die Clean
Energy Partnership Berlin (CEP), die eines der wichtigsten
Demonstrationsprojekte Europas für die Erschließung alternativer Energien in der
Automobilindustrie betreibt. Zu dem 2002 gegründeten Konsortium zwischen
Automobilindustrie, Versorgungswirtschaft und öffentlichen Verkehrsbetreibern
gehören heute neben BMW der Mineralölkonzern Aral, DaimlerChrysler, Ford,
General Motors/Opel, Volkswagen, Hydro, Linde, Total, Vattenfall und die
Berliner Verkehrsbetriebe (BVG). Ziel der CEP ist es,
die Machbarkeit der Wasserstoff-Infrastruktur zu demonstrieren, den
Energieträger Wasserstoff technologisch weiter zu erschließen und die
Möglichkeiten für den Alltagseinsatz auszuweiten. Zu den Projekten gehört der
Betrieb zweier öffentlicher Wasserstoff-Tankstellen, die 2004 beziehungsweise
2006 am Standort Berlin eröffnet wurden.
Eine weitere integrierte Station wird noch im Jahre 2006 in München entstehen.
Weltweites Engagement der BMW Group.
Ihr in der Forschung und Entwicklung der Wasserstofftechnologie gesammeltes
Know-how bringt die BMW Group im nationalen Innovationsprogramm der
Bundesregierung ein. Darüber hinaus wurden Mitarbeiter der BMW Group als Berater
in das Advisory Council und in
die Leitung des Deployment Strategy Panel der European Hydrogen and Fuel Cell
Technology Platform (EHP) berufen – ein 2004 von der EU-Kommission initiiertes
Gremium, das die Entwicklung und den Einsatz von kostengünstigen,
konkurrenzfähigen europäischen Energiesystemen auf der Basis von Wasserstoff-
und Brennstoffzellentechnologien verfolgt.
Zum internationalen Engagement gehört ferner die Mitwirkung an einer
Forschungsallianz des US-amerikanischen Departments of Energy
sowie die Initiierung einer Wasserstoff-Machbarkeitsstudie und einer
Informationskampagne zu diesem Thema in China. Gemeinsam
mit chinesischen Wissenschaftlern untersuchen BMW Experten dort Möglichkeiten
zur Schaffung einer Wasserstoff-Infrastruktur.
Quelle: BMW Presse-Information vom 13.11.2006
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