Toyota Mirai

© KURIER/Michael Andrusio

Genf 2015
03/08/2015

Was tut sich in Sachen Wasserstoffantrieb?

Wer die aktuellen Trendsetter dieser Technologie sind.

von Maria Brandl

"Es werden nur wenige E-Autos verkauft", heißt es selbst in der Schweiz. Dabei sind dort die Bedingungen – niedrige Tempolimits, hohes Umweltbewusstsein, gutes Einkommen – günstiger für E-Autos als anderswo. Die Verkaufserwartungen wurden außer in Norwegen praktisch nirgends erreicht.

Japan In Japan sahen die Autohersteller die batteriebetriebenen E-Autos von Beginn an skeptisch, auch wegen ihrer Vorreiterrolle bei der Hybridtechnik, die sowohl (kurzes) elektrisches Fahren wie gewohnte Reichweiten bietet. Mittelfristig will Japan aber zur Wasserstoff-Gesellschaft werden. Japan, praktisch ohne eigene Energiequellen, hat nach der Atomkatastrophe in Fukushima seine Energieversorgungszukunft untersucht und sieht im Wasserstoff mittelfristig die größten Chancen. Auch im Auto.

Wasserstoff Mit einer Brennstoffzelle und Wasserstoff lässt sich damit ebenso schadstofffrei fahren wie mit einem batterieelektrischen Pkw, aber ohne Reichweitenverlust und ohne lange Ladezeiten. Japan hat hierfür viel Vorarbeit geleistet: Kein Staat verfügt über mehr Brennstoffzellenpatente. Bis 2025 sollen Autos mit dem Antrieb nicht teurer als Diesel oder Benziner sein. Das große Manko dieser Technik, die fehlende Wasserstoffinfrastruktur, geht Japan mit Elan an. Bis 2040 will Japan eine CO2-freie Wasserstoff-Lieferkette etablieren.

Toyota Aus Japan kommen auch die jüngsten Modelle mit Brennstoffzellenantrieb. Etwa der Toyota Mirai, der in Genf Europapremiere feiert. Er ist ein eigens für diesen Antrieb konzipiertes Fahrzeug und zeigt, dass Toyota mehrere Durchbrüche gelungen sind, so Gerald Killmann, gebürtiger Österreicher und Vice President für Forschung und Entwicklung bei Toyota Motor Europe.

So verfügt der Mirai über den neuesten Wasserstofftank (Typ 4), der dank einer Kunststoffkombination mit Kohlefaser deutlich leichter ist als der bisherige Tanktyp 3. Er bietet auch mehr Volumen und erhöht somit die Reichweite. Wie es gelingt, Kunststoff abzudichten, dass der extrem flüchtige Wasserstoff nicht durchdringt, "ist geheimes Wissen", so Killmann. Ebenso streng gehütet wird der zweite Durchbruch, der die Membrane betrifft. Ihre Oberfläche ist laut Killmann wie "eine streng geometrische Buckelpiste" und "fertigungstechnisch eine extreme Herausforderung", da sie absolut genau reproduziert werden muss. Vorteil: Der Mirai braucht dadurch keinen Befeuchter für die Membrane, zudem wird deren Effizienz erhöht. Sowohl Brennstoffzelle wie Wasserstofftank sind laut Killmann Eigenentwicklungen. Toyotas Maxime sei, "neue Technologien selbst zu beherrschen, nur dann kann man später damit Geld verdienen."

Honda Bei Honda, dem Hersteller mit dem ersten zertifizierten Brennstoffzellenauto (2002) und 2007 mit dem ersten Serienmodell, ist man nach dem mäßigen Erfolg des Letzteren (FCX Clarity mit weniger als 100 hergestellten Exemplaren) vorsichtig. Honda will diesen Herbst in Japan sein neues Modell vorstellen, so Thomas Brachmann, Leiter Antrieb bei Honda Forschung & Entwicklung Europa, im Motor-KURIER-Gespräch in Genf.

Hondas Brennstoffzellenauto (FCV) hat einen Tank (700 bar) Typ 3, die Leistungsdichte der Brennstoffzellen beträgt plus 60 %. Diese werden wie die Zellen von Lithium-Batterien einzeln überwacht, um mögliche Schäden frühzeitig zu erkennen. Die Daten liefert das Auto permanent an Honda, wo sie ausgewertet werden. Bei Bedarf wird der Besitzer in die Werkstatt gebeten und die Brennstoffzellen ausgetauscht. Persönliche Daten werde Honda nicht abrufen. Dafür rüstet Honda derzeit auch in Europa ausgewählte Werkstätten entsprechend um. Vieles wird von der Hybridtechnik übernommen, für den Umgang mit Wasserstoff seien zusätzliche Maßnahmen nötig.

Brennstoffzellen: Japanisches Wettrennen

– Wettlauf Zuletzt gab’s ein Wett- rennen um das "1. Serienauto mit Brennstoffzelle" zwischen Toyota und Honda. Aber als Erster bei uns zu kaufen war der Hyundai ix35 FCEV (78.000 € brutto).

Toyota Mirai Die Nachfrage in Japan ist mit 1500 Stück höher als erwartet. 2016 sollen 2000, 2017 3000 Stück davon erzeugt werden. Die Daten: 4,9 m lang, 1850 kg schwer, 154-PS-E-Mo- tor, 5 kg Wasserstoff (700 bar), Nickelmetallhydridakku als Puffer. Preis/Deutschland: 66.000 € (netto). Leistung /Brennstoffzelle 3,1 kW/l wie bei Honda FCV, genauere Daten verrät Honda nicht.

Keine Schadstoffe dank "kalter Verbrennung" an Bord

Anders als in Batterien wird in Brennstoffzellen Strom nicht gespeichert, sondern in einer chemischen Reaktion aus einem Brennstoff (Wasserstoff, Methanol, Benzin) an Bord erzeugt. Man spricht von einer "kalten Verbrennung", bei der etwa mit Wasserstoff nur Wasserdampf als Abfallprodukt entsteht.

Funktion In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert zu Wasser, dabei entstehen Strom und Wärme. Bei der Elektrolyse läuft der Prozess umgekehrt ab. Eine Brennstoffzelle ist durch eine dünne Kunststofffolie, eine Membran, in zwei Teile getrennt. Die Folie ist auf jeder Seite mit einem Katalysator (meist Platin) und einer gasdurchlässigen Elektrode beschichtet. Durch die feinen Gaskanäle strömen Wasserstoff und Sauerstoff von einer Seite zur anderen. Der Kat zerlegt den Wasserstoff in ein Elektron und ein Proton. Die Protonen schlüpfen durch die Membran durch, die Elektronen nicht. Dadurch entsteht eine Spannung. Verbindet man die Elektroden, fließt Gleichstrom.Arten Brennstoffzellen werden entweder über ihre Arbeitstemperatur oder die Art der Elektrolyten unterschieden. Im Autobereich dominieren derzeit die Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen (Arbeitstemperatur 60 bis 120 Grad C, je nach Version) mit Polymerelektroden (PEM). Die vor Jahren favorisierte Direktmethanol-Version ist wegen der Giftigkeit von Methanol derzeit nicht aktuell. Brennstoffzellen sind auch als Energielieferant für Haushalte, Flugzeuge oder Lkw und Öffis im Gespräch.Pioniere In Europa war Daimler führend, in Japan dominieren Honda und Toyota, das erste bei uns kaufbare Brennstoffzellenauto war ein Hyundai. In den USA sind es vor allem GM und Ford. In Österreich sind die Vorreiter in dem Bereich die TU Graz und TU Wien, AVL, OMV (Wasserstoff), Fronius, Magna, Plansee.Treibstoff 1 kg Wasserstoff reicht für knapp 100 km und kostet bei uns ca. 9 €. Große Hindernisse sind der teure Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur sowie bei den Brennstoffzellen der hohe Bedarf an Platin für die Katalysatoren.