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Brennstoffzellenfahrzeug


Brennstoffzellenfahrzeuge sind Transportmittel mit Elektroantrieb, bei denen die benötigte Energie durch eine Brennstoffzelle erzeugt wird. Als Energieträger wird Wasserstoff oder Methanol verwendet. Derzeit sind fast ausschließlich Automobile und Omnibusse mit Brennstoffzellen in Betrieb, es werden jedoch auch Brennstoffzellen in U-Booten und Segelschiffen verbaut.

Diese Antriebsform ist noch experimentell. Sie steht in der aktuellen Entwicklung in Konkurrenz zu akkumulatorgespeisten Elektroantrieben. Probleme mit der Reichweite und der Wirtschaftlichkeit der Akkumulatoren (Preis und Lebensdauer) führten dazu, dass derzeit die Brennstoffzelle von den Automobilherstellern als Zukunftstechnologie favorisiert wird. Es wird hauptsächlich Wasserstoff als Energieträger erprobt. Die aus einem in der Breite eingeführten Wasserstoffantrieb resultierenden Systemaspekte wie beispielsweise der Aufbau einer Infrastruktur für die Herstellung, Speicherung und Betankung sind im Wesentlichen noch offen.

Funktionsprinzip:

Der Vorteil einer Brennstoffzelle besteht darin, dass sie die chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie umwandelt. Dabei werden am Anwendungsort hohe Wirkungsgrade von bis zu 80 % erzielt. Der so gewonnene Strom kann in kleinen Elektromotoren, oft ohne Getriebe direkt an zwei oder vier Rädern montiert (Radnabenmotor), in Bewegungsenergie umgewandelt werden, wie bei anderen Elektromobilen auch. Damit sind derzeit in den Konzeptfahrzeugen Höchstgeschwindigkeiten von bis zu 145 km/h und Reichweiten mit einer Tankfüllung von bis zu 450 km möglich. Die verwendeten Brennstoffzellen arbeiten mit Betriebsdrücken zwischen 0,3-2,0 bar.

Treibstoffe und Tank:

Heute wird eindeutig die Mitnahme von Wasserstoff in Tanks bevorzugt, entweder als Druckgas (700 bar CH2) oder in tiefkalter flüssiger Form (LH2) bei 253 °C. Die Dichte von Druckgas kommt dabei schon zu 75 % an die Dichte von flüssigem Wasserstoff heran. Für die Kompression auf 700 bar muss etwa 10 % der an Wasserstoff gebundenen Energie aufgewendet werden, bei der Verflüssigung sind 20-30 % aufzuwenden. Die meisten Automobilfirmen bevorzugen inzwischen 700 bar Tanks. Die Betankung erfolgt ähnlich zur herkömmlichen Betankung mit flüssigen Treibstoffen.

Es ist zum anderen aber auch möglich, die Vielfalt an energiehaltigen Substanzen als Kraftstoff zu nutzen, doch einige müssen für die Nutzung in der Brennstoffzelle zuvor chemisch in gasförmigen Wasserstoff umgewandelt werden. Direktmethanolbrennstoffzellen (DMFC) können den flüssigen Treibstoff Methanol jedoch unmittelbar nutzen. DMFCs haben jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad. Alternativ können auch Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, welche mit natürlichem Traubenzucker betrieben werden. Diese Ansätze sind jedoch erst in ihrer Entwicklung.

Betankungssysteme mit flüssigen Treibstoffen und einem Reformer zur Erzeugung von Wasserstoff haben sich jedoch nicht bewährt, sodass letztendlich zum Fahren wohl doch der Wasserstoff aus mitgeführten Tanks bereitgestellt werden wird.

Ausblick:

Derzeit wird mit Hilfe von Prototypen und Kleinserienfahrzeugen die Praxistauglichkeit dieser Fahrzeuge getestet. Dabei können die Entwicklungsingenieure neue Wege bestreiten, weil bei Elektrofahrzeugen übliche Bauteile wie Getriebe wegfallen und der Motor platzsparend in den Radnaben untergebracht werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass der Energiespeicher wesentlich größer als bei Benzin- und Dieselfahrzeugen ausfällt und vor allem Wasserstoffspeicher sehr aufwändig hinsichtlich ihrer Dichtheit, Wärmeisolierung und Sicherheit zu konstruieren sind.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Elektrofahrzeuge selbst bei schwacher Motorisierung eine hohe Anfangsbeschleunigung haben. Das liegt daran, dass beim Elektroantrieb das volle Drehmoment schon im Stand zur Verfügung steht.

Wann der Brennstoffzellenantrieb in Deutschland erstmals serienmäßig eingesetzt wird, ist noch unklar. In Japan und den USA ist der Honda FCX voraussichtlich ab 2009 erhältlich.

Ausführlicher zum Thema Brennstoffzellenfahrzeug bei Wikipedia.


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