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Autogas in der Schweiz

Daimler, Opel & Co: Brennstoffzellentechnik erst für die unmittelbare Zukunft eine Option

Der Weg zur ausgebauten Infrastruktur für Wasserstoff ist lang und mühsam

Eines ist sicher: Die Brennstoffzellentechnik wird irgendwann in der Zukunft eine nachhaltig ausgerichtete Mobilität ermöglichen. Die Frage ist eben nur wann. Der längst abgedankte Mercedes-Benz-Chef Jürgen Schrempp sah diesen Zeitpunkt bereits Anfang des Jahrtausends gekommen. Deshalb lies er die erste A-Klasse mit doppelten Boden für neuartige Energielieferanten entwickeln. Die Relaität sah dann jedoch anders aus und der Platz blieb weitgehend ungenutzt. Denn so schnell wie ihr optimistischer Chef waren die Daimler-Entwickler dann doch nicht und heute wird als frühestens Einführungsdatum für das erste Brennstoffzellen-Fahrzeug mit Stern, das in Zusammenarbeit mit Nissan und Ford entsteht, das Jahr 2017 anvisiert.

Noch zurückhaltender ist Opel und spricht ,,von eine möglichen Kommerzialisierung der Brennstoffzelle um das Jahr 2020″, obwohl diese Antriebstechnologie auch bei der deutschen GM-Marke Teil des Entwicklungsprogramm für die Mobilität der Zukunft ist. Aber eben nur ein Teil: ,,Wir sind auf allen Gebieten alternativen Antriebstechniken unterwegs“, erklärt Lars-Peter Thiesen, der bei den Rüsselsheimern in den vergangenen Jahren die Einführungstrategie für Wasserstoff und Brennstoffzele für Europa verantwotete. ,,Deshalb müssen wir zunächst genau definieren, welcher Antrieb für welche Modelle in Frage kommt.“ Während sich in diesem Szenario batterieelektrische Fahrzeuge vor allem für den Kurzstreckenverkehr eignen, kommen Techniken wie der Range-Extender (im Opel Ampera) oder die Brennstoffzellentechnologie vor allem für Langstrecken-Mobile in Frage. ,,Die Batterietechnik ist noch nicht so weit, dass sich für den Langstreckenverkehr eignet. Und daran wird sich in absehbarer Zeit auch nichts Wesentliches ändern,“ meint Thiesen.

Reichweite auf Niveau von Verbrennungsmotoren

Dagegen bietet die Brennstoffzelle unbestreitbare Vorteile. Die Reichweite liegt fast auf dem Niveau konventioneller Verbrennungsmotoren, das Tanken dauert nicht wesentlich länger als bei Diesel- oder Benzinmodellen, ist gleichzeitig genauso unkompliziert, und am Ende bietet diese Antriebstechnik sehr gute Umweltwerte.

In den vergangenen Jahren haben General Motors (GM) und Opel deutliche Fortschritte bei der Entwicklung des Brennstoffzellenantriebes erzielt. So hat eine Fahrzeugflotte mit Brennstoffzellenantrieb gerade die Marke von knapp fünf Millionen Kilometer (drei Millionen Meilen) erreicht. Das Projekt ,,Project Driveway“ war im Jahr 2007 mit 119 Fahrzeugen gestartet worden, die von Kunden im Alltagsabetrieb bewegt wurden. Mehr als 5.000 Fahrten haben an diesem weltweiten Praxistest bisher teilgenommen.

,,Diese Fahrzeuge wurden an verschiedenen Orten der Welt durch sieben Winter hindurch und bei unterschiedlichen Umweltbedingungen bewegt und haben dabei bewiesen, dass die Brennstoffzellen sämtliche Ansprüche des Alltagsbetriebs erfüllen“, bilanziert Charlie Freese, bei GM Leiter der weltweiten Brennstoffzellenaktivitäten. Opel hat an dem Programm seit 2008 mit 30 Opel HydroGen4-Prototypen in Deutschland teilgenommen. ,,Die Rückmeldungen der Kunden“, so Thesen, ,,waren ohne Ausnahme positiv und übertrafen bei weitenm unsere kühnsten Erwartungen.“

HydroGen4 besteht aus 440 in Reihe geschalteten Zellen

Seit Ende des Jahres 2008 waren 30 Fahrzeuge in Deutschland unterwegs. Die Federführung lag in den Händen der Wasserstoff-Initiative Clean Eçnergy Partnership (CEP). Dabei kamen die Modelle bei Partnerunternehmen wie peispielsweise 3M, ADAC, Air Liquide, Allianz sowie Linde, Siemens, Shell, Total und Vattenfall zum Einsatz. Insgesamt bewiesen die Testfahrzeuge über eine Distanz von 350.000 Kilometern oder 13.000 Betriebsstunden ihre Zuverlässigkeit und absolvierten dabei 2.700 Tankvorgänge.

Der HydroGen4 besitzt eine Brennstoffzelleneinheit, die aus 440 in Reihe geschalteten Zellen besteht, die Energy für den 100 PS (73 kW) starken Drehstrom-Synchron-Elektromotor liefern. Zwischen null und 100 km/h vergehen rund zwölf Sekunden und bei 160 km/h ist die Höchstgeschwindiigkeit erreicht. Die 4,2 Kilogramm Wasserstoff sind in drei Hochdrucktanks aus Kohlenfaser-Verbundwerkstoff gespeichert. Als Reichweite gibt Opel 320 Kilometer an.

Trotz der guten Praxis-Erfahrungen sind die Opel-Verantwortlichen noch zurückhaltend, wenn es um den Beginn der Serienfertigung der ersten Brennstoffzellen-Fahrzeuge geht. ,,Wir sind ein Grossserienhersteller und für unsere Kunden spielt der Preis eine entscheidendere Rolle als bei anderen Hersteller, die eine andere Klienten bedienen. Deshalb konzentrieren wir uns jetzt auf die Kostensituation und versuchen so viel wie möglich an der Kostenschraube zu drehen. Schliesslich müssen sich unsere Kunden unsere Autos auch leisten können“, erklärt Thiesen. Daher liegt der Schwerpunkt in Sachen alternativen Mobilität aktuell noch auf den Ampera, bei dem ein Reichweitenverlängerer oder neudeutsch ,,Range Extender“ die beiden Welten aus Verbrennungs- und Elektromotor miteinander kompiniert.

Auch wenn die Technik des Brennstoffzellenantriebs inzwischen weitgehend serienreif entwickelt ist, bleibt das Problem der Energiegewinnung. Solange Wasserstoff allerdings noch aus konventionellen Energiträgern wie zum Beispeil Erdgas gewonnen wird, geht ein grosser Teil des umweltschonenden Potezials dieser Technologie verloren. ,,Die Technologie lässt sich nur dann sinvoll einsetzen, wenn es gelingt, Wasserstoff aus regenerativen Quellen wie Wind- oder Sonnenenergie zu gewinnen“, erklärt Wasserstoff-Experte Thiesen. So ist zum Beispiel durchaus denkbar, dass überflüssige Windenergie, die aktuell nicht in die Netze eingespeist werden kann, mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und gelagert wird. Immerhin nimmt die Windenergie mit 35 % unter den regenerativen Energieträgern den grössten Anteil ein. Hier liegt in den kommenden Jahren also noch viel Potenzial um eine nachhaltige Mobilität ins Rollen zu bringen.

Durchbruch durch Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur

Deshalb spielen inzwischen bei allen Herstellern längst nicht mehr allein technische Fragen die wichtigste Rolle, wenn es um die Markteinführung der Brennstoffzelle geht. Die entscheidende Frage ist längst der Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur. Doch in diesem Bereich gibt es genauso viele Hürden zu überwinden wie bei der Elektromobilität, die ebenfalls unter einer noch iommer fehlenden Ladeinfastruktur leidet.

Inzwischen ist General Motors deshalb eine langfristige Zusammenarbeit mit Honda eingegangen, um neben der gemeinsamen Entwicklung von Speichersystemen, zusammen mit anderen Partnern, gleichzeitig auch eine flächendeckende Infrastruktur für Wasserstofftankstellen voranzutreiben. Während die Techniker den neuen Antrieb längst serientauglich entwickelt haben, hinkt der Aufbau eines Tankstellennetzes der technischen Möglichkeiten noch deutlich hinterher. Zudem zeigen die Mineralölkonzerne keine besonderen Anstrengungen, Wasserstoff in ihre Netze aufzunehmen. Aktuell besteht das deutsche Netz aus 15 Tankstellen, das Daimler bis zum Jahr 2023 zusammen mit den Indiustriegase-Spezialisten Linde und Air Liquide sowie den Energie- und Ölkonzernen OMV, Shell und Total auf 400 Stationen steigern will. Das ist zwar noch immer weit von den 12.000 Tankstellen für konvetionelle Treibstoffe und den 6.500 Stationen für Autogas entfernt – aber immerhin ein Anfang.

Entwicklung des Brenstoffzellenantriebes bei mehreren Hersteller

Koreaner und Japaner legen im Automobilmarkt einen Frühstart hin

Seit Jahren gilt die Brennstoffzelle als die umweltfreundlichste Lösung aller Mobilitätsprobleme. Sie ist, so lange der Wasserstoff aus erneuerbaren Energieträgern stammt, unabhängig von fossilen Energieträgern, arbeitet weitgehend ohne Umweltbelastung und dabei so leise, dass man auf Lärmschutzwände verzichten könnte. Doch offensichtlich lässt sich die vielversprechende Technik nicht so leicht in die Grossserie überführen. Bis heute sind entsprechende Fahrzeuge wenn überhaupt nur in kleinsten Auflagen unterwegs.

Rückblick: Gegen Ende des vergangenen Jahrtausends versprach der damalige Daimler-Chef Jürgen Schrempp, dass die Brennstoffzellentechnik kurz vor ihrem Durchbruch stehe. Sichtbares Zeichen des damals in Stuttgart herrschenden Optimismus war der doppelte Boden der vor inzwischen 21 Jahren präsentierten A-Klasse. Dort, so hatten die Daimler-Entwickler geplant, sollte einmal die Brennstoffzelle untergebracht werden. Nun, der doppelte Boden und der damit verbundene erhöhte Scxhwerpunkt warf zunächst die A-Klasse aus der Bahn, sorgte für die flächendeckende Verbreitung des Antischleuderprogramms ESP und verschwand schliesslich wieder.

Von einem Brennstoffzellenantrieb in der A-Klasse sprach bald niemand mehr. Allerdings wurde die Technik unwesentlich später in der B-Klasse montiert, die ebenfalls über denn doppelten Boden verfügte. Diese Technikträger sind heute noch unterwegs.

Daimler sarbeitet inzwischen mit Nissan und Ford an dem Antrieb der Zukunft und plant, wie die Partner ein entsprechendes Modell im Jahr 2017 von den Bänder Rollen zu lassen. In welchem Segment dieses Fahrzeug antreten wird, ist zurzeit noch geheim. Allerdings ,,ist der Antrieb so kompakt ausgelegt wie ein Vierzylinder-Diesel und kann deshalb eigentlich in jeder Struktur eingesetzt werden“, erklärt ein Daimler-Sprecher. Noch etwas später, erst im Jahr 2020, will sich BMW in das Abenteuer Brennstoffzellenantrieb wagen. Nach dem bisher gültigen Plan, wollen die Bayern mit Entwicklungspartner Toyota im kommenden Jahr einen Prototyp auf die Räder stellen, dem im Jahr 2020 das erste weissblaue Serienmodell folgen wird.

Noch zurückhalteender gibt sich wie gewohnt Volkswagen. Natürlich entwickelt man auch an der Brennstoffzelle, heisst es in Wolfsburg, doch ein konkretes Datum zur Markteinführung will niemand nennen.

Wie bei anderen Technologien, wie zum Beispiel beim direkt einspritzenden Diesel, den zuerst Fiat in die Serie brachte, und auf den VW mit dem TDI antwortete, beobachten die Wolfsburger die Entwicklungen auf dem Markt, um dann mit einer eigenen Lösung anzugreifen. Der Modulare-Querbaukasten macht entsprechend kurze Entwicklungszeiten möglich.

Ausblick: Offensichtlich kann sich Geschichte doch wiederholen, denn wie beim Hybridantrieb, der sich inzwischen in seinen unterschiedlichen Varianten als wichtige Brückentechnologie bei allen Herstellern etabliert hat, überlassen die deutschen Produzenten ihren asiatischen Mitbewerbern auch bei der Brennstoffzele den Vortritt. Während in München, Stuttgard und Wolfsburg die Enwicklungsphasen noch nicht abgeschlossen sind, lassen Toyota und Hyundai im kommenden Jahr ihre Serienmodelle auf den Srassen vorfahren. Den Auftakt machte im vergangenen Jahr bereits Hyundai. Das Unternehmen, das erst 1974 mit dem Pony seine erste Enwicklung vorstellte (bios dahin beschränkte man sich auf Lizenznachbauten), bot bereits im vergangenen Jahr den SUV ix33 mit Brennstoffzellenantrieb in einer auf 1.000 Exemplare beschränkten Serie an, die bei entschprechnede Nachfrage auch ausgebaut werden kann. Die Fahrzeuge werden von den Kunden geleast. Über die Höhe der Raten schwiegt allerdings Markus Schrik, Geschäftsfüher von Hyundai Motor Deutschland. ,,Wir schnürren so individuell gestaltete Pakete für die Interessenten, dass wir keinen allgemein verbindlichen Preis nennen können.“

Studie Intrado auf dem Genfer Salon

Wähernd sich die Brennstoffzellen-Version des ix35 abgesehen von der angenehmen Stille wie das konventionell angetriebene Modell bewegen lässt und als Kombination von Gegenwart (Desgin) und Zukunft (Antrieb) auftritt, gestatteten die Koreaner auf dem Genfer Automobilsalon einen Ausblick in die Zukunft. Mit der Studie Intrado, die hauptsächlich in europäischer Entwicklungszentrum in Rüsselsheim entstand, zeigt die Marke neben ihren mutigen von Peter Schreyer entwickelten Desgin den technischen Anspruch der Koreaner. ,,Das Auto“, so Schreyer, ,,zeichnet sich durch einen zweckgerichteten Purismus aus.“ Dazu passt die gewählte Mischung aus Karbon und anderen Leichtbaumaterialien, die zeigen sollen, dass Hyundai in Zukunft den Schwerpunkt auf Leichtbau legen wird.“

Unter der futurischtischen Karosserie, die in dieser Form wahrscheinlich nicht in Serie gehen wird, haben die Hyundai-Ingenieure einen neuen Brennstoffzellenantrieb montiert, der kompakter ausgelegt ist und leistungsstärker als die Vorgänger-Aggregate auftritt. Der Wasserstoff wird mit 700 bar in zwei Hochdrucktanks gespeichert, die im Heck beziehungsweise unter der Rückbank untergebracht sind. Insgesamt fassen die beiden Tanks mehr als 100 Liter Wasserstoff. Die bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff enstehende elektrische Energie wird in einer 36 kW starken Lithium-lonen-Batterie – der stärksten ihrer Art – gespeichert, die unter den Vordersitzen montiert ist. Der Antrieb ermöglicht eine Reichweite von mehr als 600 Kilometer (Werksangabe) und wird vermutlich die nächste Generation der Brennstoffzellen-Fahrzeuge der Koreaner antreiben.

Toyota präsentiert die Brennstoffzellen-Studie FCV

Ähnlich futuristisch wie der Hyundai Intrado wirkt die Toyota-Studie mit der nüchternen Bezeichnung FCV, die auf dem Genfer-Automobilsalon ihre Europa Premiere feierte und wie ein modernisierter und aufgeblasener Prius wirkt. Für den Hybrid-Pionier ist der Brennstoffzellenantrieb und eben nicht der Elektroantrieb die beste Lösung für die Mobilität der Zukinft. ,,Diese Fahrzeuge besitzen das Potenzial zum ultimativ umweltfreundlichen Modell der Zukunft, das eine nachhaltige Mobilität ermöglicht“, erklärt Yosihkazu Tanaka, der die Brennstoffzellen-Entwicklung bei den Japanern leitet. Die Brennstoffzelle besitzt eine Leistungsdichte von drei kW pro Liter und eine Gesamtleistung von mehr als 100 kW (136 PS) sowie eine Reichweite von mehr als 500 Kilometer. Die Kaltstart-Fähigkeiten reichen bis minus 30 Grad. Als Höchstgeschwindigkeit gibt Toyota 170 km/h an.

Für Toyota schlagen die Brennstoffzellen-Mobile die elektrisch angetriebenen Automobile deutlich, und deshalb glauben die Japaner auch an diese Technik. Tanaka: ,,Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind dank grosser Reichweite und kurzen Tankzeiten extrem vielseitig. Wegen ihrer geringen Reichweite und den langen Ladezeiten sind Elektromobile höchstens für den Einsatz auf Kurzstrecken geeignet.“ Der langen Ladezeit bei den E-Mobilen entspricht bei der Brennstoffzellentechnik allerdings die lästige Suche nach einer der wenigen Wasserstofftankstellen. Doch auch in diesem Feld gehört Tanaka zu den Optimisten. Zwar gibt es in Europa aktuell lediglich 77 Wasserstofftankstellen (im kommenden Jahr wird diese Zahl auf 100 steigen). Doch angesichts der Reichweite kann man, so der Japaner, trotz des grossmaschigen Tankstellennetzes ,,mit einem Brennstoffzellen-Fahrzeug von Norwegen über Schweden, Dänemark, Deutschland bis in die Schweiz fahrten.“ Vorausgesetzt man findet auf Anhieb die Tankstellen.

Ausserdem ist ein Einsatz der Technik erst dann sinnvoll, wenn der Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Sonnenkraft erzeugt wird. Erst dann kann die Technik ihre Rolle als nachhaltig ausgerichtete Mobilität ausspielen. Die grosse Zeit für die Brennstoffzelle sieht Tanaka in den Jahren nach 2020, wenn sich die kommerzielle Attraktivität der Fahrzeuge verbessert. Wie viel Toyota im kommenden Jahr für sein Brennstoffzellen-Fahrzeug verlangen wird, ist noch unbekannt – auf jeden Fall wird es kein Modell für den Massenmarkt werden.

Quelle: Das AutoGas Journal

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