Mobilität 3.0: Das ABC des Brennstoffzellenantriebs

Vorbote: Der Mirai von Toyota verfügt über einen Brennstoffzellenantrieb und wird bereist in Serie gebaut, andere Hersteller wollen in den nächsten Jahren folgen. Bild: Toyota

Zukunftspotenzial. Hürden. Technologie. Sicherheit. Antriebstrang. Fünf Punkte, über die es im Kontext mit Brennstoffzellenfahrzeugen zu sprechen gilt. KRAFTHAND hat sich des Themas angenommen und in den Ausgaben 4/2015 und 6/2015 (Erscheinungstermine 28.Februar 2015 und 28.März 2015) jeden dieser Aspekte in einer zweiteiligen Serie ausführlich beleuchtet. Darin: Wie Karl Schlicht, Vizepräsident von Toyota Motor Europe Brennstoffzellenfahrzeuge und deren Zukunft beurteilt sowie die Meinung von Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, Audi-Vorstand für Technische Entwicklung.

Das Zukunftspotenzial…
… von Brennstoffzellenfahrzeugen (FCV – Fuel-Cell-Vehicle) ist langfristig betrachtet gegeben. Auch wenn der Verbrennungsmotor noch auf Jahre der dominierende Antrieb sein wird, ist es nicht unrealistisch, dass verschiedene Fahrzeughersteller in Zukunft FCV in größeren Stückzahlen bauen. Immerhin hat Toyota mit dem Mirai schon ein Fahrzeug in Serie, das im September 2015 auch in Deutschland an den Start gehen soll. Für 2017 planen die Japaner 3.000 Einheiten weltweit.
Ein anderes Beispiel: Hyundai baut den ix35 Fuel Cell ebenfalls schon in Kleinserie. Wie die Strategie andere Autobauer und speziell die einiger Deutscher aussieht und wann diese eine Markteinführung planen, kommt im ersten Teil der zweiteiligen KRAFTHAND-Reihe ebenso zur Sprache wie …

… die Hürden 
Der Aufbau der Infrastruktur ist die entscheidende Hürde. Stichwort: Henne-Ei-Problem. Nur wenn eine Infrastruktur gegeben ist, lassen sich Brennstoffzellenfahrzeuge gewinnbringend vermarkten. Doch zählt zur Infrastruktur nicht nur ein flächendeckendes Tankstellennetz. Auch die effiziente beziehungsweise CO2-neutrale Herstellung von Wasserstoff spielt eine gewichtige Rolle. Bevor hier keine Lösungen bereit stehen, wird zum Beispiel Audi keine FCV auf den Markt bringen. Zumindest hat sich Entwicklungsvorstand Hackenberg so geäußert.  

Die Technologie…
… von Brennstoffzellen ist neben den Themen Sicherheit und Antriebsstrang Gegenstand des zweiten Teils. Bei der Technologie kommen Aspekte wie Laufleistung, Kaltstartfähigkeit, Wirkungsgrad et cetera zur Sprache. Alles Punkte, die für eine Alltagstauglichkeit wichtig sind. Denn was bringt die sauberste und effizienteste Technologie, wenn diese bei 5°C unter Null ihren Dienst versagt? Nichts.
Bei modernen Brennstoffzellen ist das jedoch nicht der Fall. Wie die KRAFTHAND-Recherchen ergaben, sind hier mittlerweile alltagstaugliche Werte Usus. Ähnliches lässt sich für die Laufleitung sagen. Beispielsweise hat Mercedes-Benz eigenen Angaben zufolge schon Testläufe mit 300.000 km absolviert.

Die Sicherheitsfrage…
… stellt sich in Verbindung mit Wasserstoff automatisch. Jedoch ist diese geringer als oft angenommen. Zum einen weil das Gas sehr leicht und somit flüchtig ist. Und zum anderen weil zahlreiche Sicherheitsmaßnahmen am Fahrzeug vor eventuellen Explosionen durch austretenden Wasserstoff schützen sollen. Zum Beispiel sind die Tanks, in denen das H2 mit einem Druck von 700 bar gespeichert wird, mit Sicherheitsventilen versehen. Diese schließen beispielsweise bei einem Unfall automatisch und verhindern, dass Wasserstoff in die Versorgungsleitungen zur Brennstoffzelle gelangt. Aber das ist nur ein Detail zum Thema Sicherheit.

Der Antriebsstrang…
… ist im Grunde mit dem von Elektro- und Hybridfahrzeugen vergleichbar. Der Aufbau des Antriebsstrangs sowie die einzelnen Komponenten und ihre Aufgaben dürften besonders die Techniker interessieren. Gleiches gilt für den Energiefluss. Wann speisen Brennstoffzelle und HV-Batterie die E-Maschine gemeinsam und wann liefert nur die Brennstoffzelle Strom? Fragen, die KRAFTHAND ausführlich erklärt. Eine schönen Vorabeindruck zum Antriebsstrang und Energiefluss eines Brennstoffzellenfahrzeugs liefert das Video zum Audi A7 Sportback h-tron auf dem Youtube-Kanal von KRAFTHAND.tv.
   
Kleines Glossar und Kurzerklärungen zur Brennstoffzellentechnologie
Die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie speist den elektrischen Antriebsstrang, sprich die Hochvoltbatterie und die E-Maschine. Aufgrund dieser Tatsache werden solche Fahrzeuge häufig den Elektrofahrzeugen zugeordnet. Es gibt aber auch technische Abhandlungen, in denen sie bei den Hybridfahrzeugen eingruppiert sind. Denn schließlich erfüllen FCV die Hauptkriterien eines Hybriden: Es sind zwei Energiewandler (Brennstoffzelle und E-Maschine) und zwei Energiespeicher (Wasserstofftank und HV-Batterie) vorhanden. Damit erklären sich die unterschiedlichen Bezeichnungen und Abkürzungen für Brennstoffzellenfahrzeuge.

Fuel Cell     engl. für Brennstoffzelle
FCEV           Fuel-Cell-Electric-Vehicle
FCHV           Fuel-Cell-Hybrid-Vehicle
FCV             Fuel-Cell-Vehicle
Hydrogen   engl. für Wasserstoff
H                 Symbol für Wasserstoff
H2               chemische Formel für gasförmigen Wasserstoff