Brennstoffzelle und Hybridauto

8. April 2017, 21:58

Prof. Bernhard Geringer zu den Chancen alternativer Antriebe

Es gibt immer wieder einen mehr oder minder energischen Anlauf, Alternativen zum Benzin- oder Dieselmotor zu suchen: In den Siebzigerjahren des 20. Jahrhunderts war es die Sorge, Erdöl könnte knapp werden. Später dann die Sorgen wegen der giftigen Abgase, die nur zum Teil durch die Einführung des Katalysators zerstreut werden konnten. Jetziger Hemmschuh ist das Treibhausgas CO2.

Ein Modell mit Hybridantrieb, also mit einer Kombination von Benzin- und Elektromotor, ist seit kurzem am Markt. Wasserstoff und Brennstoffzelle sind noch nicht so weit.

Die erste große Autoshow des Jahres

Beim derzeit in Genf stattfindenden Automobilsalon - der ersten großen Autoshow des Jahres - stehen zwar neue Luxuslimousinen und superschnelle Sportwagen im Mittelpunkt, doch auch Autos mit neuen, alternativen Antriebskonzepten drängen ins Rampenlicht, der Umwelt- und Spargedanke wird also bei dieser Leistungsschau der Automobilkonzerne ebenso berücksichtigt. So gut wie alle großen Autokonzerne nehmen sich dieses Themas an. Während bei Opel an der Brennstoffzelle und am Erdgasantrieb arbeitet, bietet Toyota bereits die zweite Generation eines Hybridautos mit kombiniertem Benzin- und Elektromotor an.

Toyotas Alternativen

Wolfgang Pötzelberger von Toyota zu den aktuellen Modellen:

"Toyota präsentiert zwei Automodelle mit Brennstoffzellenantrieb, ohne Abgas, mit vier Elektromotoren jeweils in die Räder eingebaut. Das gibt mehr Raum im Fahrzeug, weil es keinen Motorblock und keinen Antriebsstrang gibt. Außerdem ist das ein Allradantrieb."

Doch noch ist die Brennstoffzelle nicht wirklich serienreif:

"Beim Wasserstoffantrieb ist die Technologie rund um den Tank gelöst. Ungelöst ist die Frage, woher der Wasserstoff kommen soll."

Das Hauptproblem, Wasserstoff ohne zusätzlichen Energieaufwand zu produzieren:

"Für die Erzeugung von Waserstoff ist es nicht sinnvoll, dafür große Kraftwerke zu verwenden; man sollte daher an Solaranergie denken."

Factbox Brennstoffzelle

Der Wasserstoffantrieb ist also eine der Zukunftshoffnungen. Wie funktioniert nun eine Brennstoffzelle im Detail?

Eine Brennstoffzelle funktioniert - grob gesprochen - wie eine umgekehrte Elektrolyse. Zur Erinnerung: Bei der Elektrolyse wird Wasser durch Zuführen von Strom in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die Brennstoffzelle macht das Gegenteil: Wasserstoff und Sauerstoff - aus der Luft - werden zusammengeführt, und es entsteht Strom. Der Wasserstoff wird in einem Tank entweder rein- oder in einer chemischen Verbindung, etwa als Ethanol mitgeführt.

Die Brennstoffzelle, in der die chemische Reaktion abläuft, ist etwa so groß wie ein Motorblock und hat in einem Motorraum leicht Platz. Mit einem Gewicht bis zu 300 Kilogramm ist sie allerdings noch schwerer als ein herkömmlicher Benzin- oder Dieselmotor. Das Getriebe ist gleich.

Der Wasserstoffspeicher fasst bei einem Opel-Zafira zum Beispiel 68 Liter flüssigen Wasserstoff, damit kommt man 400 Kilometer weit. Der Tank mit Doppelwand, Hochvakuum, Alu-Folie und Wärmedämmer ist größer als ein herkömmlicher Tank. Er nimmt aber kaum was vom Fahrgast- oder vom Kofferraum weg und hat unter den Rücksitzen Platz. Fahrleistungen des Opel-Zafira in 16 Sekunden von 0 auf 100, 150 km/h Spitze, 215 nm Drehmoment, 82 PS, für 2006 ist eine Kleinserie geplant.

Opels Alternativen

Am Wasserstoffantrieb arbeiten auch etliche andere Hersteller, etwa der Opel-Konzern. Dort sind bereits etliche Fahrzeuge im Testbetrieb unterwegs.

Beim serienreifen alternativen Antrieb setzt Opel derzeit aber auf Erdgas. Ist damit aber nicht ein erhöhtes Risiko verbunden? Opel-Österreich-Chefin Brigitte Kroll-Thaller dazu:

"Keineswegs, denn Erdgas ist im komprimierter Form in diesem Opel-Zafira gelagert. Das ist sicherer als Benzin, weil der Entflammpunkt bei 600 Grad liegt, bei Benzin sind es 300 Grad."

Parken in Tiefgaragen ist also kein Problem, versichert Kroll-Thaller, die auch auf Erdgas setzt, weil ein Erdgasauto fast dieselben Bauteile enthält wie herkömmliche Benzinmodelle. Von dem Erdgasauto plant Opel jetzt eine Kleinserie von 20 bis 30.000 Autos.

"Bi-Fuel" bei Volvo und Toyota

Bei Volvo heißt das alternative Antriebskonzept "Bi-Fuel". Dabei wird ein herkömmlicher Benzinmotor mit einem Erdgasantrieb kombiniert, die Maschine leitet 140 PS.

Dieses Konzept mit zwei Antriebsquellen verfolgt auch Toyota, bereits in der zweiten Generation. Wolfgang Pötzlsberger dazu:

"Der Prius ist ein Hybridfahrzeug, das die besseren Abgaswerte liefert als Benzin oder Dieselfahrzeuge, auch wenn man die Nachbehandlung einrechnet. Wir haben hier einen kleinen Benzinmtor und einen Elektromotor mit Batterie. Der Betrieb über den Benzin- oder den Elektromotor wird elektronisch gesteuert. Wenn eine hohe Leistung gefragt ist, arbeiten beide. Bei Stop-and-Go-Betrieb in der Stadt arbeiet nur der Elektromtor, und da gibt es auch keine Abgase. Die Batterie wird durch die Bremsvorgänge geladen oder durch den Benzinmotor. Der springt immer dann automatisch an, wenn sich die Batterie zu sehr leert."

Kostenpunkt für das über 80 PS starke, fünftürige Mittelklasseauto: 26.000 Euro. Ein wesentlicher Punkt dabei: die Unabhängigkeit, also dass nach dem Einsatz die Batterie nicht extra geladen werden muss.

Das "Huhn-Ei-Problem"

Bei anderen alternativen Antrieben gilt es, trotz Serienreife dennoch logistische Probleme zu lösen, sagt Frank Merten vom Wissenschaftszentrum Wuppertal:

"Das ist ein Problem des Zusammenspiels von Fahrzeug und Infrastruktur. Derzeit gibt es wenig Tankstellen, aber der Autofahrer muss sich ja frei bewegen können. Es ist im Grund ein Huhn-Ei-Problem, einer muss dabei anfangen."

Hier wird auch die Politik gefordert sein, ebenso bei der Festlegung neuer Schadstoffgrenzwerte, denn nur sie werden die Autoindustrie zwingen, neue Antriebskonzepte rasch weiterzuentwickeln.