Kategorie: CleanEnergy

11.12.2006
Wasserstoff im Automobil: Wettkampf der Systeme
 

Es ist eine Was-wäre-wenn-Geschichte. Was wäre, wenn wir den Wasserstoff umweltfreundlich erzeugen könnten - also über Wasser, Wind und Photovoltaik, am besten aus Biomasse - und auch schon eine ausreichend gute Versorgungsdichte anbieten könnten. Dann könnten wir unsere Fahrzeuge mit Wasserstoff betrieben und stünden nur noch vor der Frage, ob wir Elektroautos fahren oder den Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor verwenden wollen.

Für die Verfechter des Elektroautos stellt sich diese Frage nicht. Sie sehen die Brennstoffzelle als den Energiewandler der Zukunft. "Es wäre doch viel zu schade, den Wasserstoff in einem Motor zu verbrennen", konnte man jetzt wieder bei der Auto Show in Los Angelos von den Experten von DaimlerChrysler hören, die dort Journalisten ihre Brennstoffzellen-A-Klasse für Probefahrten zur Verfügung stellten und ihr Forschungsauto F 600 im Betrieb vorführten.

BMW setzt auf bivalenten Benzin-Wasserstoff-Verbrennungsmotor

In den Messehallen präsentierte BMW gleichzeitig seinen BMW Hydrogen 7, der Wasserstoff in seinem Zwölf-Zylinder-Motor verbrennt und daraus 191 kW / 260 PS erzielt, statt im normalen Benzinbetrieb 327 kW / 445 PS. Der Motor kann Wasserstoff oder Benzin verbrennen, hat also zwei Tanks, die für 200 Kilometer mit Wasserstoff und 500 Kilometer mit Benzin reichen.

Ob Elektroauto oder Verbrennungsmotor - beide Systeme sind noch nicht am Ende der Entwicklung angekommen. Der - fast - klassische Motor bringt noch nicht die Leistung, die man von einem BMW dieser Größe erwartet. Außerdem fehlt die Reichweite beim Wasserstoffbetrieb. Das ist beim Elektroauto noch nicht viel anders. Die Brennstoffzellen bringen noch nicht das, was man von einem Auto in der Zukunft reizvoll macht.

Aber die Fortschritte sind immens. Als der damals noch deutsche Batteriehersteller Varta vor 30 Jahren der Presse die ersten Fahrzeuge mit Brennstoffzellen als Energiequellen vorstellte, holte man mit viel Aufwand an Technik und teuren Materialien aus einer Zelle mit dem Volumen eines Zehn-Liter-Eimers nicht einmal ein Kilowatt. Darüber kann man heute nur lächeln. Volkswagen hat gerade den nächsten Schritt zur Verbesserung der Zelle angekündigt. Mit neuen und kostengünstigeren Materialien will man die Brennstoffzelle bei gleicher Leistung um rund 30 Prozent verkleinern und ihre Lebensdauer gleichzeitig verlängern.

Dennoch schätzen Experten heute, dass die Preise für ein Elektroauto mit Brennstoffzellen um rund 10 Prozent bis 15 Prozent höher liegen als die für ein vergleichbares herkömmliches Fahrzeug. Bei zukünftigen Wasserstoff-Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist ein solcher Preisunterschied nicht zu erwarten. Auch vor diesem Hintergrund lohnt sich ein vergleichender Blick auf die Systeme und ihre Effekte für die Umwelt.

Wahrscheinlich ist der mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotor schneller am Ziel seiner Entwicklung. Diese Einschätzung liegt nahe, auch wenn heute schon ganze Personenwagen- und Nutzfahrzeugflotten mit Brennstoffzellen in Langzeitversuchen ihren Dienst tun. Volkswagen vermutet, dass die neue Brennstoffzelle aus der Wolfsburger Forschung etwa um 2020 serienreif sein wird. Bei den heute eingesetzten Technologien der Brennstoffzelle wird man sicher rascher vorankommen. Aber ein Wettlauf der Systeme ist für die Umwelt solange sinnlos, wie es den Wasserstoff nicht in ausreichender Menge und überall zu tanken gibt.

In Sachen Abgas ist Kalifornien das Maß der Dinge. Das California Air Ressources Board (Carb) - die dortige Umweltbehörde - hatte die Automobilindustrie schon einmal heftig unter Druck gesetzt, als sie forderte, bis 1998 müsse jeder Hersteller ein Fahrzeug ohne Abgas-Emissionen anbieten. Diese Forderung musste die Carb zurücknehmen, weil es an den passenden Technologien fehlte. Doch darf man davon ausgehen, dass das Ziel nicht nur in Kalifornien aufgeschoben und nicht aufhoben worden ist.

Bei der Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle entsteht kein Abgas, nur ein bisschen Wasser, dass bei Brennstoffzellen intern wieder verarbeitet wird. Das gilt grundsätzlich auch für den Wasserstoff-Verbrenner. Aus dessen Auspuff kommt im Wesentlichen Wasserdampf, aber eben auch eine Spur von Kohlenwasserstoffen aus dem Motoröl. Außerdem muss das bei der Verbrennung entstehende Stickoxid zurückgehalten werden. So gesehen werden die Hydrogen 7 und ihre Nachfolger sicher die Einstufung als fast abgasfrei, aber vermutlich nicht als Zero-Emission-Vehicle erhalten.

Der 98er Plan der Carb scheiterte damals in erster Linie an der Batterietechnologie. Selbst die Ende des Jahrzehnts zur Verfügung stehenden Nickel-Metallhydrid-Batterien waren zu groß, zu schwer, zu teuer und nicht haltbar genug, um das reine Elektroauto zu ermöglichen. Gleichzeitig war es mit den Brennstoffzellen vor zehn Jahren noch nicht möglich, dem Motor direkt aus den Zellen so viel Strom anzubieten, dass es für den Fahrbetrieb gereicht hätte. Der Motor musste sich den Strom aus der Batterie holen, die dann über die Brennstoffzelle nachgeladen wurde.

Heute bringen die Brennstoffzellen so viel Leistung, dass die Batterie kleiner ausfallen kann. Außerdem steht mit der Lithium-Ionen-Batterie ein neuer Speicher zur Verfügung, der weniger Volumen und Gewicht beansprucht. Dennoch ist ein Elektroauto ohne relativ große und teure Pufferbatterie nicht denkbar. Denn in einem Elektroauto sind alle Nebenaggregate wie zum Beispiel die Klimaanlage, aber eben auch die Bremsen auf zuverlässig vorhandenen Strom angewiesen.

Auch für den Wasserstoffverbrenner wird sich beim Bordnetz so einiges ändern. Denn beim Verbrennungsmotor spart es Kraftstoff, die Nebenaggregate und Steuerungen elektrisch zu betreiben. BMW kündigt daher für die Zukunft eine Brennstoffzelle als Quelle für den Bordstrom für diese Fahrzeuge an.

Noch selten in Deutschland: Wasserstoff-Tankstellen, hier eine in Berlin

Bei den Betriebskosten dürfte die Brennstoffzelle vorn liegen. Wasserstoff enthält dreimal soviel Energie wie herkömmlicher Kraftstoff. Beim Verbrennungsmotor sind damit vom Tank bis zum Rad Wirkungsgrade wie bei einem modernen Dieselmotor möglich. Die Brennstoffzelle kann das allerdings deutlich besser und damit billiger.

Auch BMW arbeitet an der Brennstoffzelle als Stromquelle für Elektroautos. Dennoch favorisiert das Unternehmen zur Zeit den Weg, den der Hydrogen 7 vorzeichnet. Letztlich wird es also dem Käufer überlassen bleiben, für welches System er sich entscheidet. Doch diese Frage ist so lange eine akademische, solange nicht klar ist, wann umweltfreundlich hergestellter Wasserstoff wirklich für Autos zur Verfügung steht. Seit fast zwei Jahrzehnten hören wir immer wieder, in zehn Jahren sei es soweit.

Alle wollen den Wasserstoff, wenn er so gewonnen wird, dass nicht zusätzliches Treibhausgas entsteht. Mit Atomstrom könnte das Wirklichkeit werden. Doch das kann nicht Ziel der Hinwendung zum Wasserstoff sein. Wir werden möglichst viel Biomasse verwenden wollen. Wann das gelingt, steht nicht in den Sternen. Es ist von den Energieversorgern, der Mineralölindustrie und der Politik abhängig, ob sie wirklich den langen Marsch zur Wasserstoffwirtschaft antreten wollen.

Zur Zeit setzen sich viele von Ihnen materiell oder ideell für den Wasserstoff als nachhaltiger Energiequelle für die Zukunft ein. Sie investieren sogar viele Millionen. Doch dient das der Vorbereitung einer Entscheidung. Noch erleben wir also interessante Fingerübungen von Forschern und Technikern mit dem Wasserstoff und seinen Möglichkeiten. Keiner geht in dem entscheidenden Maß in die Vorlage. Aber jeder will verhindern, dass aus der Was-wäre-wenn-Geschichte eine solche von Henne und Ei werden kann. War nun die Technik schuld, dass der Wasserstoff nicht kommt oder kommt die Technik nicht, weil es keinen umweltfreundlich hergestellten Wasserstoff in ausreichender Menge gibt?

Quelle: ar, Peter Schwerdtmann, 10.12.06

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