Toyotas Brennstoffzeller Mirai Die Brennstoffzelle ist beim Toyota Mirai unter dem Fahrersitz versteckt, die beiden Wasserstofftanks liegen jeweils vor und hinter der Hinterachse. | Toyota
TechnikBrennstoffzelle im Auto

»Wie Hose mit Gürtel plus Hosenträger«

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Bernd Seidel

Bernd Seidel

freier Journalist

Toyota traut sich, Hyundai schon länger, und auch Honda hat nachgelegt. Die asiatischen Autoschmieden bieten serienreife Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb an. Ist das Konzept reif für den Massenmarkt? Und was tun die hiesigen Anbieter?

28. Januar 2016

Es scheint ernst zu werden. Denn momentan tut sich einiges im Markt für Elektrofahrzeuge, die mit Brennstoffzelle als Reichweitenverlängerer auf den Markt kommen. Das heißt: Die Fahrzeuge fahren rein elektrisch und erzeugen den dafür nötigen Strom selbst: mit Wasserstoff.

Im Sommer 2015 war es Toyota, das mit dem Mirai in Serie ging. Honda stellte pünktlich zur Tokyo Motor Show Ende Oktober 2015 das Brennstoffzellenauto Clarity Fuel Cell vor, und bereits seit 2012 bietet Hyundai mit dem ix35 Fuel Cell ein Wasserstoffauto an.

Durchbruch oder Strohfeuer?

Die Frage, ob das jetzt der Durchbruch des sauberen Antriebs ist, spaltet die Experten: Professor Ferdinand Dudenhöffer, Gründer und Direktor des CAR (Center Automotive Research) an der Universität Duisburg-Essen, dazu: „Es gibt keine ausreichende Infrastruktur, sprich Wasserstofftankstellen. Die Preise der Fahrzeuge sind jenseits von Gut und Böse – verglichen mit einem klassisch angetriebenen Fahrzeug gleicher Größe – und die Autos sind vollgestopft mit komplizierter Technologie und dadurch anfällig und schwer.“ Für Dudenhöffer gehören die Brennstoffzellenautos daher in die Kategorie „Ingenieurlösungen“. Heißt: Man zeigt, dass man die Technologie beherrscht. „Aber das ist nichts für den Massenmarkt“, ist er sich sicher. Daumen runter, lautet seine Zukunftsprognose.

Dr. Christopher Hebling, Geschäftsfeldkoordinator Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie am Fraunhofer ISE räumt dem Konzept dagegen Chancen ein, und zwar als Reichweitenverlängerer in Elektrofahrzeugen, wie ihn Honda, Toyota und Co. jetzt anbieten. Die Brennstoffzelle könne das Problem der geringen Reichweiten von heutigen E-Autos beseitigen, „weil es unsere bisherige Mobilitätsform eins zu eins abdeckt“, erklärt er im Morgenmagazin der ARD. Man fährt an die Tankstelle, tankt zwei, drei Minuten und fährt dann wieder 500 Kilometer.

Platin und Salzsäure = Strom

Die Idee, mit der Brennstoffzelle Energie zu erzeugen, geht auf eine Entdeckung von Christian Friedrich Schönbein im Jahr 1838 zurück. Der Deutsch-Schweizer Physiker umspülte zwei Platindrähte in Salzsäure mit Wasserstoff beziehungsweise Sauerstoff und bemerkte zwischen den Drähten eine elektrische Spannung.

Dieses Prinzip machen sich die Autobauer heute zunutze: Eine Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, die durch eine semipermeable Membran oder einen Elektrolyten (Ionenleiter) voneinander getrennt sind. Die Elektroden- oder auch Bipolarplatten bestehen meist aus Metall oder Kohlenstoffnanoröhren. Sie sind mit einem Katalysator beschichtet, zum Beispiel mit Platin oder mit Palladium. Als Elektrolyten können gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen, Keramiken oder Membranen dienen.

Die Energie liefert schließlich die Reaktion von Sauerstoff mit dem Brennstoff, der Wasserstoff sein kann, jedoch ebenso aus organischen Verbindungen wie Methan oder Methanol bestehen kann. Beide Reaktionspartner werden über die Elektroden kontinuierlich zugeführt.

Ein Kilogramm Wasserstoff auf 100 Kilometer

Im Betrieb soll der Toyota Mirai laut Herstellerangaben rund 760 Gramm Wasserstoff auf 100 Kilometer verbrauchen, was bei fünf Kilogramm Tankvolumen eine theoretische Reichweite von 658 Kilometern ergibt. Praktisch verbrauchten Tester der Wochenzeitung „DIE ZEIT“ ein Kilogramm pro 100 Kilometer. Eine Tankfüllung würde dann für immerhin 500 Kilometer reichen.

Hondas Clarity Fuel Cell kommt laut Herstellerangaben mit einer Tankfüllung rund 700 Kilometer weit. Das Nachtanken dauere nur drei Minuten. Der Elektromotor, der an der Vorderachse sitzt, hat eine Leistung von 100 Kilowatt (kW). Kurzzeitig können 30 kW zusätzlich freigesetzt werden. Das maximale Drehmoment beträgt 300 Newtonmeter. Da die komplette Antriebseinheit (Brennstoffzelle, Akku, Elektromotor und Steuerelektronik) in etwa so groß ist wie ein herkömmlicher V6-Verbrennungsmotor, passe er platzsparend unter die Motorhaube. Im März 2016 soll das Serienfahrzeug in Japan für 7,66 Millionen Yen, umgerechnet knapp 58.000 Euro, auf den Markt kommen. Europa und die USA folgen.

Testen, testen, testen...

Und was machen die deutschen Automobilhersteller? BMW hat bereits 1984 erste Versuche mit der Speicherung und Betankung von H2-Verbrennungsfahrzeugen absolviert. Bekannt wurde der BMW Hydrogen 7 von 2002, der allerdings den Wasserstoff noch in einem umgerüsteten Verbrennungsmotor direkt als Treibstoff verbrannte, statt mit ihm eine Brennstoffzelle zu füttern, die Strom für einen elektrischen Antrieb generiert.

2006 kam dann die mittlerweile eingestellte BMW 7er-Kleinserie mit Hydrogen-Antrieb. Seit 2013 arbeiten die Münchener mit Toyota zusammen, um ein Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) fertigzustellen. Aus der Kooperation ist ein Antriebskonzept entstanden, dass mit Details wie einem mit Carbon ummantelten Wasserstoffspeicher und einem innovativen Betankungssystem aufwartet. Das Auffüllen des Wasserstoffspeichers soll, ähnlich wie bei Honda, etwa genauso viel Zeit in Anspruch nehmen, wie das Betanken eines konventionellen Verbrennungsmotors.

Ab 400 Kilometer Reichweite

Auf den "Group Innovation Days 2015" stellten die Bajuwaren die neue Brennstoffzellentechnologie mit Betankungssystem vor. Neben einer Prototypen-Testflotte von zehn 5er GT ist der Antrieb auch in einem speziellen i8 verbaut. Das Fahrzeug schafft den Sprint auf 100 km/100 in sechs Sekunden und erreicht 230 km/h in der Spitze. Nach 250 Kilometern muss Wasserstoff nachgetankt werden. Der umgebaute 5er GT soll 450 Kilometer schaffen. Der Wert scheint für BMW die Eintrittsschwelle für Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge zu sein. „Wir sehen derzeit einen „Break Even“ ab einer Reichweite von ca. 300 bis 400 Kilometern. Ab dieser elektrischen Reichweite hat die Brennstoffzelle Chancen, günstiger als ein batterieelektrisches Fahrzeug zu werden“, erklärt BMW-Sprecher Manfred Poschenrieder.

Auch Opel, Mercedes, Ford und VW forschen seit fast zwei Jahrzehnten am Wasserstoffauto, unter anderem sind Reihen von Nahverkehrsbussen und Lastkraftwagen im Langzeittest. Im Juli des vorvergangenen Jahres gab die Opel-Mutter GM eine langfristige Zusammenarbeit mit Honda bekannt, um gemeinsam Brennstoffzellen- und Wasserstoffspeichersysteme zu entwickeln, „mit dem Ziel einer möglichen Kommerzialisierung um das Jahr 2020“, wie es in Mitteilungen des Konzern hieß.

In den aktuellen Projekten des VW-Konzerns versorgt eine Kombination aus Brennstoffzellenstapel und Batterie den 80-kW-Elektromotor des Minivans Touran HyMotion. Die Antriebe von Tiguan HyMotion, Caddy Maxi HyMotion und Audi Q5 HFC werden durch Brennstoffzellenstapel der 100-kW-Klasse mit Strom versorgt. Im Rahmen der Demonstrationsprogramme Clean Energy Partnership Berlin und der California Fuel Cell Partnership werden zehn Prototypenfahrzeuge erprobt. Daneben wird von dem chinesischen Joint Venture Shanghai Volkswagen eine 20 Brennstoffzellenfahrzeuge umfassende Flotte des Typs Passat Lingyu betrieben.

An der Technik scheitert die Verfügbarkeit nicht

Testfahrzeuge, Prototypen und Versuchsprojekte. An der Technik kann es nicht liegen, dass hiesige Hersteller Wasserstoffautos nicht in Serie anbieten, glaubt Experte Dudenhöffer. „Durch die zum Teil langjährigen Kooperationen ist das Know-how überall vorhanden“, erklärt er.

Manfred Poschenrieder nennt gleich mehrere Gründe, warum man in München nicht in naher Zukunft mit einem Serieneinsatz eines Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugs rechnet. Aktuell sind die Kosten des Brennstoffzellenantriebs (vor allem Brennstoffzelle und Wasserstofftank) noch nicht großserienreif. Und auch aufgrund der mangelnden Infrastruktur (Tankstellennetz) warte man noch ab. „Wir haben andere Zeitpläne als Toyota“, erklärt der BMW-Sprecher. Wirtschaftlich serienreife Komponenten stellte er für das Jahr 2020 in Aussicht. Technologisch sei man aber so weit wie der japanische Kooperationspartner. Die Brennstoffzelle des 5er GT sei identisch mit der im Mirai.

Serienreife bei BMW auf 2020 verschoben

Technisch ist also alles möglich. Bleibt neben dem Brennpunkt Infrastruktur nur noch die Frage der Sicherheit? „Nein“, ist sich Dudenhöffer sicher. „Die Sicherheitsprobleme hat man inzwischen im Griff.“ Dudenhöffer ist vielmehr überzeugt davon, dass die rasant fortschreitende Entwicklung der Batterietechnologie die Wasserstoffkonzepte weiter in die Nische rücken und die Entwicklungseuphorie der Autobauer in Sachen Brennstoffzelle bremst. „Tesla macht uns doch vor, wie man E-Autos baut, die mit der Reichweite herkömmlicher Verbrennungsmotoren konkurrieren können.“ 

Der Idee von Range Extendern an sich, ob per Dieselaggregat, Benziner oder eben Brennstoffzelle, erteilt er eine Absage. „Das ist der Kompromiss zum Kompromiss: Wie die Hose mit Gürtel plus Hosenträger“, sagt er. Zu kompliziert, zu teuer und eben aufgrund der rasanten Batterieforschung keine Alternative mehr.