Antriebstechnik 05.10.2001, 17:31 Uhr

Brennstoffzellenantrieb kommt nur langsam in Fahrt

Nach dem Willen der an der Entwicklung von Brennstoffzellen beteiligten Automobilhersteller soll etwa ab dem Jahr 2010 mit der Herstellung verkaufsfähiger Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen begonnen werden. Das ist das Fazit eines zweitägigen Kongresses, der kürzlich vom Entwicklungsunternehmen AVL List in Graz veranstaltet wurde. Der Weg zum Brennstoffzelleneinsatz ist jedoch noch sehr mühsam.

In seinem Plenarvortrag hob Dr.-Ing. Manfred Fortnagel, Leiter der Antriebsentwicklung von DaimlerChrysler vor allem den „Komfort und Fahrspaß“ des leise laufenden Elektromotors mit hohem Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich und den künftig zu erwartenden „beeindruckenden“ Wirkungsgrad von 48 % hervor. Weitere Vorteile der Brennstoffzelle sind die nur wenigen bewegten Teile und deshalb ein reduzierter Wartungsaufwand sowie dank Hochleistungsstromquelle an Bord – die Möglichkeit des Einbaues von elektrisch betriebenen Extras wie etwa einer Standklimatisierung.

Energieträger würden sowohl Methanol mit geringem als auch Wasserstoff ohne CO2-Ausstoß sein. Zwar sei Wasserstoff der bestgeeignete Kraftstoff für Brennstoffzellen, doch habe man bislang die Speicher- und Infrastrukturprobleme ebenso wenig gelöst wie die Kostenfrage. Deshalb werde sich diese Technologie zunächst wohl nur auf Flottenbetriebe mit eingeschränkten Anforderungen an die Reichweite und zentraler Betankung eignen. Fortnagel erklärte auf dem Grazer Symposium „Motor und Umwelt“ (6./7. September), dass Methanol als Alternative bei Raumtemperatur flüssig und einfach zu handhaben sei.

DaimlerChrysler experimentiert mit beiden Quellenergien: Auf den Technologiedemonstrator Necar 1 (1994) folgten der Necar 2 und 4 mit Flüssigwasserstoffspeicher sowie im Vorjahr der Necar 4A mit Druckwasserstoffspeicher. 1997 nahmen der Necar 3 und im Jahr 2000 der Necar 5 mit Methanol-Reformer den Testbetrieb auf. Für das Jahr 2002 kündigt DaimlerChrysler einen Nachfolger des 1997 vorgestellten Nebus an: Der Mercedes Citaro-Bus mit Wasserstoff in einem Druckspeicher wird eine Leistung von 300 kW und eine Reichweite zwischen 200 km und 300 km haben. Fortnagel: „Mit einem ersten Markteintritt solcher Busse rechnen wir etwa Ende nächsten Jahres.“

Trotz dieses selbst gesteckten, ambitionierten Ziels dämpft der Experte überzogene Erwartungen: „Auch nach Jahren intensiver Forschungsarbeit steht die Brennstoffzellenentwicklung hin zu einem marktfähigen Produkt im Vergleich zum Verbrennungsmotor noch am Anfang.“

Das „Management des Überganges“ zur Brennstoffzellentechnologie wird in vier Phasen ablaufen, erläuterte Fortnagel. Die Marktvorbereitungsphase bis 2004 setze wegen der „erheblichen Infrastrukturanforderungen“ durch den Kraftstoffwechsel die Einbindung von Politik, Mineralölwirtschaft und Automobilindustrie voraus.

Auf die Markteintrittsphase bis 2007 mit ersten Kleinserien von Kundenfahrzeugen für ausgewählte Regionen werde die Marktdiffusionsphase mit größeren Stückzahlen und einer weiter ausgebauten Infrastruktur folgen. Daran schließe sich ab etwa 2010 die Markteinführung auf breiter Basis an – mit dem Potenzial, weltweit das Mobilitätsproblem umweltfreundlich zu lösen.

In den USA will man bis zum Jahr 2008 Brennstoffzellen-Elektroantriebe entwickelt und erprobt haben, deren Leistung, Reichweite, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kosten mit Verbrennungsmotoren konkurrieren können, erklärte Steven Chalk vom Büro für Transporttechnologien im US-amerikanischen Department of Energy (DOE) auf dem Grazer Symposium. Derzeit sei ein Brennstoffzellen-System noch etwa zehn Mal so teuer wie ein vergleichbarer Verbrennungsmotor.

Erklärtes Ziel sei die Verringerung der Abhängigkeit der USA von Ölimporten. Deshalb strebe man auch den Einsatz von Wasserstoff zum Betrieb von Brennstoffzellen an, der durch Elektrolyse aus nicht-fossil erzeugtem Strom – also etwa aus Wind- oder Sonnenenergie – gewonnen werden sollte. Dies sei jedoch eine „langfristige Vision“. Die kurzfristige Strategie des DOE favorisiere die Entwicklung eines flexiblen Vielstoff-Reformers onboard für Kraftstoffe auf Erdölbasis. Dabei setzt man in den USA vor allem auf Benzin: Das DOE-Programm für entsprechende Reformersysteme habe zwar im Zeitraum von 1997 bis 2000 signifikante Fortschritte erzielt, doch seien, wie Chalk betonte, noch „beträchtliche Verbesserungen erforderlich“.

Auch Thomas Grube vom Forschungszentrum Jülich ist überzeugt, dass für den Betrieb von Brennstoffzellen mittelfristig „andere Energieträger als Wasserstoff den Vorrang haben werden“, darunter flüssige synthetische Kohlenwasserstoffe zur Wasserstofferzeugung an Bord.

Untersuchungen hätten ergeben, dass der Einsatz von Wasserstoff, der auf fossiler Basis erzeugt werde, gegenüber allen anderen Lösungen Energiebedarfs- und Umweltvorteile bringe. Indes: „Bei einem zu erwartenden hohen Kostenniveau für Wasserstoff steht man vor einer besonderen gesellschaftlichen Herausforderung“, unterstrich Grube. Im Klartext: Der Spaß wird teuer und die Öffentlichkeit muss dazu gebracht werden, dies zu akzeptieren.

Der hohe Preis ist indes nicht das einzige Problem. Manfred Niethammer von Delphi Automotive Systems sieht zwar in der Wasserstofferzeugung durch Umwandlung flüssiger Kraftstoffe an Bord des Fahrzeugs ein „attraktives Konzept“, vermisst jedoch Reformer-Anlagen mit Wirkungsgraden von 85 % bis 90 % und verweist zudem auf die immerhin noch minutenlange Startzeit des „kalten“ Reformers: „Niemand würde heute akzeptieren, einen Dieselmotor so zu starten wie früher“.

Uwe Grebe von Opel Powertrain bringt die Gesamtenergiekette ins Spiel: „Wird der Wasserstoff mit herkömmlicher Technologie aus fossilen Energieträgern gewonnen, so wird der Wirkungsgradvorteil des Brennstoffzellenantriebs zum großen Teil von der energetisch aufwändigeren Wasserstoff-Vorkette kompensiert.“

PETER KUDLICZA/WOP

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