Alternativer AntriebJetzt muss sich die Brennstoffzelle nur noch rechnen

Kein E-Antrieb überzeugt so sehr wie die Brennstoffzelle, denn sie erlaubt lange Fahrten. Chancen hat der Antrieb aber nur, wenn er bezahlbar wird. von 

Mercedes-Benz testet in einer Versuchsflotte der B-Klasse F-Cell weltweit die Alltagstauglichkeit der Brennstoffzellen-Technologie.

Mercedes-Benz testet in einer Versuchsflotte der B-Klasse F-Cell weltweit die Alltagstauglichkeit der Brennstoffzellen-Technologie.  |  © Hersteller

Autobahnparkplatz Osterriehe, kurz vor Hannover . Nach der Rast geht es mit Vollgas auf die A7 Richtung Süden. Das Gaspedal berührt den Boden. Die Kilowattanzeige, die im Mercedes B-Klasse F-Cell an Stelle des Drehzahlmessers eingebaut ist, wandert bis zum Anschlag auf die Ziffer 100. Dem Frontantrieb zum Trotz entsteht der Eindruck, dass der Elektromotor schiebt und schiebt und schiebt. Ähnlich wie bei einem Flugzeugstart. Kontinuierlich, sehr kraftvoll und mit leisem Surren und Pfeifen. Als die Richtgeschwindigkeit erreicht ist, wird es Zeit für den Tempomaten.

In einem elektrisch angetriebenen Auto mit Batterie wäre es nun bald vorbei mit der komfortablen Stromfahrt. Die im elektrochemischen Speicher enthaltene Energie reicht einfach nicht für lange Autobahnetappen. Außerdem sinken jetzt die Außentemperaturen. Nach Beginn der Heizperiode kann die Reichweite auf die Hälfte des Normwerts einbrechen.

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Doch mit der Brennstoffzelle im Mercedes-Vorserienauto ist das nicht so. Der Aktionsradius bleibt. Im Test der B-Klasse F-Cell reichte eine Tankfüllung mit Wasserstoff zwischen 350 und 400 Kilometer weit. Danach dauert der Tankvorgang nur zwei Minuten. Fahrern von Erdgasautos wird die Prozedur vertraut vorkommen.

Mercedes-Benz und die Brennstoffzelle passen gut zusammen. Der Hersteller stellt an sich den Anspruch, Komfort zu bieten – und ein Elektromotor ist wegen der Vibrationsfreiheit selbst bei hohen Geschwindigkeiten kultivierter als ein Achtzylinder. Das eröffnet der Daimler-Marke eine neue Chance, sich im Luxussegment von Wettbewerbern abzuheben. Der Verbrennungsmotor ist tot – es ist, als tönte diese Botschaft aus jeder Karosseriefalte des Prototypen.

Herantasten an die Reichweite

Was das Automobil im Wesenskern ausmacht – die maximale Flexibilität – lässt sich mit keinem Elektro-Konzept so überzeugend umsetzen wie mit einer Brennstoffzelle. Autohersteller werben gern für das Elektroauto als das optimale Vehikel für die Städte. Doch diese Idee sollte hinterfragt werden. In den urbanen Zentren reicht ein Renault Twizy, ein Fahrrad und der öffentliche Personennahverkehr.

Brennstoffzelle

Fahrzeuge mit Brennstoffzelle sind Elektroautos. Den Antriebsstrom bezieht der Motor aber nicht aus einer Batterie, sondern aus einer Brennstoffzelle: Hier läuft die Knallgasreaktion von Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zum Abgasprodukt Wasser (H2O) kontrolliert ab. Dabei wird elektrische Energie frei. Der notwendige Wasserstoff wird in Tanks mitgeführt.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad liegt bei gut 60 Prozent, die restliche Energie wird als Wärme frei und kann zum Heizen genutzt werden. Für die Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) und als Unterstützung beim Beschleunigen (“Boost”) haben moderne Brennstoffzellenautos auch eine kleine Speicherbatterie. Der Wasserstoff muss unter Energieaufwand produziert werden.

Wirklich spannend wird es erst hinterm Ortsschild, wo das Auto eine gewichtigere Rolle spielt. In ländlichen Gebieten, auf den Autobahnen und Bundesstraßen. Wer elektrisch beispielsweise von Hamburg nach Berlin fahren will, findet keine pragmatischere Lösung als die Brennstoffzelle.

Zu Beginn tastet man sich vorsichtig an die maximale Reichweite heran. Besser nicht zu viel riskieren, denn das Tankstellennetz für Wasserstoff als lückenhaft zu bezeichnen, wäre noch geprahlt. Die derzeit wenigen Nutzer von Brennstoffzellenautos müssen genau planen, wohin und wie sie fahren. Das Problem der Infrastruktur ist aber leicht zu lösen. Die dafür notwendigen Investitionen sind im milliardenteuren Energiesektor vergleichsweise niedrig. Eine zusätzliche Zapfsäule kostet etwa 700.000 Euro, und der Preis soll in den kommenden Jahren auf 200.000 Euro sinken.
 

Leserkommentare
  1. Wo kommt der viele Wasserstoff her für die Autos für Jedermann?
    Eine überzeugende Lösung gibt es dafür bis jetzt nicht ,um eine
    Flächen deckende Infrastruktur dafür zu schaffen (wenn es bezahlbar sein sollte)braucht dreißig Jahre.(weil Wasserstoff hoch explosiv ist).
    Die Energiewende hat noch gar nicht angefangen und die Kosten sind jetzt schon ein Reizthema.

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    Lieber User Lothar Gräwe,

    danke für Ihren Kommentar!

    In der Tat müssen alle Sicherheitssorgen beim Tanken ernst genommen und ausgeräumt werden:

    http://www.zeit.de/auto/2012-04/wasserstoff-tankstelle-sicherheit

    Beste Grüße,

    Christoph Schwarzer

    Wasserstoffherstellung kann mit schmutzigem Strom aus Windkraft und Photovortaik betrieben werden und ist dann
    gleichzeitig Energiespeicher und Regelsystem.

    Wasserstoff ist nicht hochexplosiv. Es brennt an der Kontaktfläche zu Luft genauso gefahrlos ab wie z.B. Benzin.

    Eine Explosion ist nur möglich wenn man ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff herstellt. Da aber ein Anteil von Sauerstoff im Wasserstoff den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle massiv senken würde, wird der Wasserstoff rein ausgeliefert.

    Ein Transport von Wasserstoff verläuft ähnlich wie der von Erdgas, das ebenfalls nur mit Luft explosive Mischungen bilden kann.

    Die Sicherheitsvorkehrungen sind daher auf die Tatsache reduziert, dass die Tanks keinen Wasserstoff entweichen lassen dürfen, auch im Falle eines Unfalls nicht. Der Inhalt der Tanks selbst ist dagegen sicher und nicht explosiv.

    • GDH
    • 04. Oktober 2012 13:37 Uhr

    "um eine Flächen deckende Infrastruktur dafür zu schaffen (wenn es bezahlbar sein sollte)braucht dreißig Jahre.(weil Wasserstoff hoch explosiv ist)."

    Wenn der Wasserstoff sowieso elektrisch erzeugt wird, braucht es nicht unbedingt keine Pipeline-Infrastruktur.

    Die Aufspaltung kann durchaus auch an der Tankstelle passieren. Die braucht dafür einen Wasser- und einen (belastbaren!) Stromanschluss und erzeugt den Wasserstoff möglichst dann, wenn der Strom gerade billig ist.

  2. Lieber User Lothar Gräwe,

    danke für Ihren Kommentar!

    In der Tat müssen alle Sicherheitssorgen beim Tanken ernst genommen und ausgeräumt werden:

    http://www.zeit.de/auto/2012-04/wasserstoff-tankstelle-sicherheit

    Beste Grüße,

    Christoph Schwarzer

    Antwort auf "Wasserstoff?"
    • eeFried
    • 04. Oktober 2012 8:40 Uhr

    Das ist ziemlich grau dargestellt. So transportiert der Artikel gut die Markenphilosophie von Mercedes, streift aber die Probleme nur sehr vorsichtig an.
    1. es scheitert ja bereits CNG an der Tankstelleninvestition
    2. sind die Kosten auch in 30 Jahren noch zu hoch wie schon vor 30 Jahren...
    Wenn schon Brennstoffzellen, dann zuerst vielleicht solche mit vorgeschaltetem Reformer und einfacheren Kraftstoffen. Aber dann ist das saubere aber falsche Wasserstoffimage futsch. Fragen Sie bei BMW nach wie das war mit dem Blow Off beim flüssigen Wasserstoff. Die Speicherproblematik macht das Konzept für viele Wenigfahrer unbrauchbar. Und mit Druckspeicherung ist die Reichweite gering. Es wäre besser über multimodale Mobilität zu schreiben, das funktioniert nämlich bereits jetzt.

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    Über die Brennstoffzelle in PKW braucht kein Wort mehr verloren zu werden. Das ist wirtschaftlicher Mumpitz.
    Eine brauchbare Lösung, die technische wie wirtschaftlich funktioniert und zukunftssicher ist:
    25 Kwh in Form von Blei-Vlies-Batterien, in Reihe geschaltet, damit hochvoltig.
    Wiegen 600 kg, 20 Kwh sind nutzbar und die Akkus sind für
    (werksseitig) ca. 1200 Euro zu haben.
    4 Radnabenmotoren zu je 20 kw.
    1 Lademotor, entweder Wankel oder Diesel-2-Zylinder, der die Akkus permanent nachlädt.
    Die Gewichtszunahme relativiert sich: normaler Motor, Getriebe, Kupplung, 2 Differentiale, normale Batterie entfallen. Bei Wahl geeigneter Materialien entfällt auch der Kühlkreislauf. Der Wagen kann mit einem cw-Wert von 0,15
    gestaltet werden.
    Man kann den Wagen in der Garage aufladen, muss es aber nicht.
    Wenn in 15 oder 20 Jahren bessere Akkus zur Verfügung stehen kann man die alten einfach ersetzen.

  3. Wasserstoffherstellung kann mit schmutzigem Strom aus Windkraft und Photovortaik betrieben werden und ist dann
    gleichzeitig Energiespeicher und Regelsystem.

    Antwort auf "Wasserstoff?"
  4. Dieser Wagen wiegt leer 1,8 Tonnen. Es ist und wird immer ineffektiv bleiben, ein solches Leergewicht zu nutzen, um einen Menschen zu transportieren. Die Autoindustrie präsentiert immer neue abwegige Ideen, um ihr Geschäftsmodell zu retten. Dadurch werden sinnvolle Lösungen weiter rausgezögert. Allerdings ist der Verbraucher teilweise schlauer und kauft jetzt schon zukunftsfähige Lösungen, die auf dem Markt sind, beispielsweise Elektrofahrräder.

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    Sind gut für den Sonntagsausflug von kraftlosen Rentnern bei Gegenwind oder hügeligem Gelände! Ich sehe sie sonst nicht! Sie sind so teuer und würden leicht ein Opfer für Langfinger werden. Heute im Rheinland ist prima Wetter für ein Fahrrad! Klasse für alle Büro-Damen, die sich morgens 2 Stunden (vergeblich)gestylt haben. Das haben die Großmütter vor 60 Jahren anders gehalten und sind lieber in einen Kabinenroller gestiegen, als sich nass machen zu lassen. Ab mItte der 50er gings dann über den LLoyd in den Käfer. Sogar unseren Brüdern und Schwestern wurde in dem Open-Air-Knast eine überdachte Fortbewegung mittels Trabi zu Teil. Dei Duldsamkeit der Menschen im Hinblick auf überdachte individuelle Mobiltät ist grenzenlos. Insofern werden teure Konzepte am Ende eine Chance haben - aber nur wenn es keine Alternativen gibt. Im Krieg haben sie sogar einen Holz-Vergaser gehabt. Eine Eiche für die Strecke Hamburg München mit 15 Pausen für das reinigen der Chose. Also: Bevor Laborlösungen serienreif werden, wird die alte Verbrennungsmaschine fröhliche Urständ erleben. Evtl. mit Erdgas - von dem es ja noch genug gibt. Dann wird langsam das letzte Öl verbraucht. Aus heutiger Sicht ist nicht absehbar, wer die Kaufkraft hat sich die letzten Tropfen zu kaufen. Investoren wollen ihr Geld in überschaubarer Zeit zurück haben. Eine Firma, die ihren Gewinn in Projekten verbläst, die erst in 30 Jahren kommen, wird bald vom Markt sein. Jede Gesellschaft kann sich 2% Visionäre erlauben.

  5. Ein Artikel über eine Technologie sollte doch Ihre Vorteile darstellen ihre Nachteile sowie Alternativen.

    An folgenden Beispielen möchte ich verdeutlichen, warum wichtige Nachteile und Alternativen nicht erwähnt wurden:

    Brennstoffzellen benötigen zum heutigen Standpunkt Platin. Das ist knapp und teuer und wird bei massenhaftem Einsatz demnach noch teurer. Es werden zwar Alternativen erforscht, diese haben jedoch noch nicht eine ausreichende Leistungsfähigkeit. Es handelt sich an dieser Stelle also nicht nur um einen Skalareffekt, der benötigt wird, sondern um eine neue Technologie.

    Weiterhin ist das Aufbauen eines Wasserstoffnetzes nicht einfach. Man braucht ja auch noch Pipelines und Materialien, für die die Wasserstoffdiffusion kein Problem darstellt. Dabei diffundiert Wasserstoff durch sein umgebendes Material und ist verloren und/oder verändert die Materialeigenschaften, so dass dieses brüchig wird.

    Abschließend fehlen Alternativen. Dass fossile Brennstoffe nicht für immer geeignet sind, ist naheliegend. Da macht ein Vergleich keinen Sinn. Lithiumakkus haben prinzipiell das gleiche Problem des knappen Rohstoffes. Einfach Methan (Erdgas) zu verwenden, wurde ignoriert. Und das genau macht ja zum Beispiel Audi. Methan ist über Monate speicherbar, die Infrastruktur steht und es kann aus Wasserstoff synthetisiert werden. Es könnte also "klimaneutral" hergestellt werden. An dieser Stelle sollte ein Artikel ansetzen und beide Technologien vergleichen.

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    "Methan ist über Monate speicherbar, die Infrastruktur steht und es kann aus Wasserstoff synthetisiert werden. Es könnte also "klimaneutral" hergestellt werden. An dieser Stelle sollte ein Artikel ansetzen und beide Technologien vergleichen."

    Momentan ist man froh Pipelines weltweit besser abdichten zu können damit weniger klimaschädliches Methan austritt. Das Methan "klimaneutral" hergestellt werden könnte, ist ein Irrglaube. Nach dem Reinfall mit Biokraftstoffen sollten wir weitere Fehlinvestitionen vermeiden. Warum sollte man Methan aus Wasserstoff energieaufwändig, aber unter Energieverlust synthetisieren wenn Wasserstoff übergangsweise direkt in modifizierten Verbrennungsmotoren genutzt werden kann? Auch bei dieser Nutzungsform läuft lediglich Wasser zum Auspuff heraus.

    Diese Aussage wird unterfüttert durch die Zahlen, welche Mercedes natürlich nicht in die Werbebroschüre schreibt:

    Ein Stack kostet mehr als 50.000 Euro. Der Hauptanteil an diesen Kosten ist das Platin. Im Stack ist Platin im Wert von 18.000 Euro verbaut. Ein großflächiger Einsatz würde die Platinpreise vermutlich noch mehr in die Höhe treiben. Ein anderer Preistreiber ist die Nafion-Membran, die auch in der Größenordnung von 10.000 Euro liegt. Hier muss man dazu sagen, dass Nafion aus sehr giftigen Materialien hergestellt wird. Nicht umsonst werden diese praktisch ausschließlich in Indien gefertigt. Das sollte man nicht überbewerten, aber zwecks einer fairen Bewertung sollte es erwähnt werden.

    Und dieser 50.000 Euro-Stack muss mit einem Verbrennungsmotor konkurrieren, der ca. 2.000 Euro kostet. Das ist marktwirtschaftlich absolut unmöglich. Mercedes macht es über eine interne Querfinanzierung, das Geld stammt vermutlich aus dem Marketing-Budget. Durch die Limitierung auf 1000 Fahrzeuge sind die Verluste begrenzt auf weniger als 100 Mio Euro. Also ein Bruchteil des Marketing-Budgets von Daimler.

    Dafür erntet man den guten Ruf, als erster Hersteller einen Serien-PKW mit einer Brennstoffzelle zu verkaufen.

    Ein gutes Geschäft, aber leider wegen der Kosten kein Fingerzeig wie es mit der Technik weitergeht. Platin und Nafion sind nicht zu ersetzen. Die Forschung hat leider noch keine tauglichen Alternativen gefunden.

    Sehr interessant, die Zahlen die Sie zur Brennstoffzelle erwähnen. Woher kommen die?
    Die Argumente der Wasserstof vs. Methan Diskussion eher subtilerer Natur. Erdgas hat die Vorteile, dass die Infrastruktur steht und es als Übergangslösung auch fossil verfügbar ist. Auch sind bei Wasserstoff noch Innovationen viele Innovationen notwendig. Zudem verbraucht Wasserstoff dreimal so viel Platz wie Methan, was bei mobiler Anwendung problematisch ist. Wasserstoff ist allerdings effizienter und theoretisch geeigneter.

    Wenn man aber schon sagt, dass die Wasserstoffinfrastruktur schon irgendwie machbar ist, kann man auch daran glauben, dass es irgendwann Brennstoffzellen mit verfügbarem Material geben wird. Und dann ist das natürlich besser als ein Verbrennungsmotor.

    In den Jahrzehnen bis dahin ist synthetisiertes Methan aber sicher eine gute Lösung weil die notwendigen Innovationen relativ zu Wasserstoff gering sind. Im Übrigen gibt es doch auf Methan umgerüstete Porsche mit über 600 PS. Das ist doch auch ein Argument.

    Die Schädlichkeit von synthetisierten Methan halte ich eher für begrenzt. (Ich lasse mich gerne des Gegenteils überzeugen!) Man muss bedenken, dass auch CO2 benötigt wird, mittelfristig aus Biogaserzeugung. Auch auf Nahrungsmittel hat das keine Auswirkungen wenn man Abfälle erlaubt zu vergasen und primäre Energiepflanzen nicht. Langfristig können dann auch Fabriken oder die Luft als CO2 Spender verwendet werden.

  6. Danke für diesen gelungenen Artikel!

    Es ist immer wieder erstaunlich, wie versucht wird die klassische Energieversorgung mit Rohöl, Gas und Kohle, als "rational" zu verkaufen. Dabei kann niemand! vorhersagen wie viel Rohstoffe noch mit welchem Aufwand zu welchem Preis gefördert werden kann.

    Aber diese Art der Wertschöpfungsketten sind "rational" - dahingegen ist eine Wasserstoffwirtschaft "irrational" - woher soll denn der ganze Wasserstoff denn stammen?

    Woher stammen die klassichen Rohstoffe? Wer garantiert die Versorgung?

    Gleichzeitig wird an anderer Stelle die "Energiewende" als nicht tragfähig beschimpft, weil zu unsozial.

    In Wahrheit sind diese irrationalen Verhaltensmuster vollkommen rational: Partikularinteressen werden auf das Schärfste verteidigt. Doch jedem mit ein klein wenig Verstand sollte einleuchten, dass wir nicht einfach so weiter"wirtschaften" können wie heute - wir brauchen eine zukunftsfähige Energieversorgung und eine zukunftsfähiges Tranpsortsystem.

    Dabei gibt es kein entweder/oder, sondern eine Vielzahl an Optionen, die für bestimmte Bereiche optimal sind - Brennstoffzellen mögen "bequem" sein, verglichen mit der Batterie sind die Wirkungsgrade der Energiekette bescheiden.
    (Es sei denn man verfolgt das Konzept des "Biowasserstoffs", welches Wasserstoff durch Dampfreformation aus Pflanzenteilen ereugen möchte.)

    Die größte Ironie für mich: Für alles haben wir Versicherungen, aber wirkliche Risikovorsorge halten viele für irrational?

  7. Nach meinem Wissen ist die Lebensdauer der Brennstoffzellen noch sehr eingeschränkt, nur etwa 5000 Stunden im mobilen Betrieb. Das ist neben den Kosten das Hauptproblem.
    Der Wirkungsgrad der BSZ ist mit 60% ein Vielfaches des Verbrennungsmotors. Aber in der Kette Elektrolyse (Wasserstoffgewinnung aus Strom)- Brennstoffzelle- Drehstrommotor landet man unter dem Strich bei nur etwa 35% Gesamtwirkungsgrad.
    Daher ist es derzeit wirtschaflicher, den Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor umzusetzen.

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    "Der Wirkungsgrad der BSZ ist mit 60% ein Vielfaches des Verbrennungsmotors. Aber in der Kette Elektrolyse (Wasserstoffgewinnung aus Strom)- Brennstoffzelle- Drehstrommotor landet man unter dem Strich bei nur etwa 35% Gesamtwirkungsgrad."

    Und Benzin fällt vom Himmel?
    Erdöl fördern -> Verschiffen -> Raffinerieren -> Bezin zur Tanke karren
    Das erhöht den Wirkungsgrad auch nicht gerade.

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte BMW | Ford | Mercedes | Volkswagen | Mercedes-Benz | Toyota
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