Ein Marathon ins Wasserstoff-Zeitalter
VDI nachrichten, Berlin/München, 25. 5. 07, rb – Seit Ende April rollen die ersten seriengefertigten Wasserstoffautos von BMW über Deutschlands Straßen. Die VDI nachrichten besuchten die Entwickler des Hydrogen 7 in München und testeten das emissionsfreie Fahrgefühl. Bis das Zukunftsmodell zum Massenartikel wird, dürften jedoch noch Jahre vergehen.
Der erste Eindruck ist ernüchternd: Von außen sieht das Wasserstoffauto Hydrogen 7 aus wie ein ganz normaler 7er von BMW. Den Unterschied spürt man erst, wenn man sich bei laufendem Motor hinter den Auspuff kniet und die Hand darunter hält. Es riecht nach nichts, auf der Hand bilden sich Tröpfchen. „Wasser?“, fragen wir erstaunt. „Ja, sauberes Wasser!“, bestätigt Ingenieur Sigmund Fürst, der die Testfahrt begleitet. Statt Kohlendioxid oder Stickstoffoxid strömt Wasserdampf aus dem Auspuff.
Auch im Cockpit fühlt man sich wie im herkömmlichen 7er. Klimaautomatik, elektrische Sitzverstellung mit Memory-Funktion, Park Distance Control, Regensensor, Fernlichtassistent und Navigationssystem sorgen für den typischen BMW-Komfort auf Premium-Niveau. Lediglich ein paar versteckte Anzeigen mit der Aufschrift „H2“ machen klar, dass man sich in einem Wasserstoffauto befindet.
Die Ähnlichkeiten mit einem herkömmlichen BMW sind gewollt. Denn der Hydrogen 7, so Projektleiter Michael Meurer, durchlief den ganz normalen Entwicklungsprozess wie jedes andere BMW-Serienmodell. „Spektakulär unspektakulär“ findet das Klaus Dräger, Entwicklungsvorstand von BMW.
„Na dann fahren Sie mal los“, fordert BMW-Ingenieur Fürst auf. Der Motor startet. Kein Ruckeln, kein Kratzen. Mit spielender Leichtigkeit kommt der Hydrogen 7 in Gang.
„Das Fahrzeug beschleunigt in 9,5 s von 0 auf 100 km/h und erreicht Höchstgeschwindigkeiten von 230 km/h“, erklärt Fürst – und man merkt, wie viel Stolz in seiner Stimme mitschwingt.
Nach einigen Kilometern durch Berlins Straßen vorbei am Brandenburger Tor und am Kudamm wird klar: In puncto Laufkultur und Fahrdynamik steht die Öko-Limousine anderen BMW-Modellen in nichts nach. „Der Umstieg auf einen umweltgerechten, sauberen Kraftstoff muss nicht mit dem Verzicht auf Freude am Fahren einhergehen“, betonen die BMW-Experten immer wieder.
Doch die Freude am emissionsfreien Fahren währt nur kurz: Die Reichweite des Autos beträgt lediglich 200 km – deutlich weniger als die der „Brennstoffzellen“-Autos. Das reicht gerade einmal für eine Strecke von München nach Nürnberg. Deshalb haben die BMW-Tüftler den Hydrogen 7 mit einem bivalenten Verbrennungsmotor ausgestattet. Der Zwölfzylinder-Motor kann nicht nur Wasserstoff, sondern auch Benzin verbrennen. Im Benzin-Modus kommt der Hydrogen 7 immerhin rund 500 km weit und kann jede beliebige Tankstelle anfahren.
„Jetzt wechseln wir mal auf den Benzinbetrieb“, schlägt Fürst vor. Und drückt auf einen Knopf mit dem H2-Symbol. Man merkt keinerlei Unterschied. Das Umschalten von Wasserstoff- auf Benzinantrieb verläuft völlig ruckelfrei. Nur beim Auspuff verändert sich etwas: Statt Wasserdampf wird CO2 ausgestoßen.
Mit dem Verbrennungsmotor ist BMW seinen eigenen Weg bei der Entwicklung des Wasserstoffautos gegangen. Die anderen Autokonzerne setzen auf die Brennstoffzelle, die den Wasserstoff in Strom umwandelt, um das Auto über einen Elektromotor anzutreiben. Beim BMW Hydrogen 7 dagegen wird der Wasserstoff direkt in den bivalenten Verbrennungsmotor geleitet. „Nur der V12-Verbrennungsmotor erfüllt unsere Ansprüche an Dynamik“, begründet Entwicklungsvorstand Dräger den Alleingang der Münchener.
Die größte Herausforderung für die BMW-Ingenieure lag in der Speicherung des Wasserstoffs, erzählt später Projektleiter Meurer. Da der Wasserstoff die höchste Energiedichte im flüssigen Zustand hat, muss er auf -253 °C heruntergekühlt werden. Hierfür konzipierten die BMW-Entwickler einen doppelwandigen Tank mit einer 3 cm dicken Isolationsschicht, in der sich ein Vakuum befindet. Diese neuartige Vakuum-Superisolation verringert die Wärmeübertragung von außen in gleichem Maße wie eine 17 m starke Styroporschicht.
Wie aufwendig die Speichertechnik ist, lässt sich beim Tanken des Hydrogen-Autos erahnen. Statt einer schlanken Zapfpistole muss man einen dicken schweren Schlauch in die Hand nehmen und ihn in den Tankstutzen des Hydrogen 7 einrasten lassen. Die Tankklappe öffnet und schließt sich automatisch durch das Betätigen einer Taste im Cockpit neben dem Lenkrad. Die Verriegelung der Kupplung und das Befüllen des Tanks sind systemgesteuert. Acht Minuten dauert das Volltanken.
Doch auch der super-isolierte Tank kann nicht verhindern, dass mit der Zeit ein Teil des Flüssigwasserstoffs verdampft. Ein voller Wasserstofftank hat nach neun Tagen Standzeit die Hälfte seines Kraftstoffs H2 durch Verdampfung verloren.
Im Forschungszentrum von BMW in München-Milbertshofen suchen Ingenieure deshalb nach einer Verbesserung für die Wasserstoffspeicherung. Bei dem Forschungsprojekt HyLight wird der Einsatz von Leichtbaumaterialien für die Tanks geprüft. „Wir arbeiten zurzeit an Kohlefaser-Tanks“, so Thomas Dietsch, BMW-Projektleiter E-Labor, Forschungsprüfstände und Werkstätten.
Um die Optimierung des Wasserstoff-Verbrennungsmotors geht es in einem weiteren Projekt, dem HyICE, das BMW mit elf Partnern, darunter MAN und Ford, durchführt. Zentraler Schauplatz des von der EU-Kommission geförderten Projekts ist die Motorenprüfstand-Halle des BMW-Forschungszentrums.
Hier wird der Wasserstoffmotor der Zukunft getestet. Dietsch hütet ihn wie ein Kronjuwel. Nur wenigen Besuchern ist es erlaubt, den 20 m2 kleinen Raum zu betreten. Nach einem langen Weg durch enge Gänge öffnet der Ingenieur die massive Eisentür und zeigt stolz das Meisterwerk der BMW-Ingenieure: einen Motor, der an Dutzenden von Kabeln angeschlossen ist.
„Bratzen weg, da droht si wos“, warnt ein Schild auf bayerisch vor unerlaubtem Berühren des Motors. „Ziel ist es“, so Dietsch, „einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor zu entwickeln, der Benzin- und Dieselmotoren hinsichtlich Wirkungsgrad und Leistungsdichte übertreffen soll.“ Dazu werden zwei Verfahren, die Direkteinblasung und die kryogene Saugrohreinblasung, untersucht. In einer Art Leitzentrale prüfen zwei Ingenieure die Testergebnisse. Erste Erfolge wurden bereits erzielt: Mit einem Wirkungsgrad von 42 % schneiden beide Verfahren schon jetzt besser ab als Benzinmotoren.
Die Freude an der Entwicklung des Zukunftsmotors ist den BMW-Motoringenieuren sichtlich anzumerken. „Wir mussten den Spaß bändigen“, erzählt einer von ihnen. Mit dem Hydrogen 7 habe man aber bewiesen, dass man technisch in der Lage sei, ein Wasserstoffauto auf den Markt zu bringen.
Wirtschaftlich ist der Hydrogen 7 allerdings noch nicht. Experten schätzen den Preis des hybriden Öko-Mobils auf deutlich über 100 000 €. Wegen der fehlenden Tankstellen-Infrastruktur und der noch zu kostspieligen Wasserstofftanks wird der Hydrogen 7 denn auch vorerst noch nicht verkauft.
Die lediglich 100 gefertigten Autos des Serienmodells werden an Politiker sowie Prominente vermietet. Ende April händigte BMW das erste Auto an Wirtschaftsminister Michael Glos aus. Weitere Modelle gingen an Verkehrsminister Wolfgang Tiefensee, Bayerns Umweltminister Werner Schnappauf sowie die EU-Kommissare Günter Verheugen und Andris Piebalgs. „Wir wollen mit dem Auto keinen Profit einfahren, sondern zeigen, dass die Technik Serienstand erreicht hat“, erklärt Projektleiter Meurer.
Bis der Hydrogen 7 wirklich zum erschwinglichen Massenauto für die Verbraucher wird, könnten jedoch einige Jahre vergehen. Noch ist die Herstellung von Wasserstoff zu teuer – und zu unökologisch. Eine Tankfüllung von 6 kg kostet stolze 48 €. Hinzu kommt, dass bei der Herstellung des an Tankstellen verfügbaren Wasserstoffs große Mengen fossiler Energien wie Öl und Erdgas verbraucht werden. Für die Abkühlung des Wasserstoffs auf -253 °C geht zudem ein Drittel des Energiegehalts verloren. Der Weg ins Wasserstoffzeitalter sei halt „ein Marathon und kein Sprint“, räumt Entwicklungsvorstand Dräger ein.
U. MICHELINE/N. BLECHNER
Es riecht nach nichts, auf der Hand bilden sich Tropfen
Freude an der Entwicklung: „Wir mussten den Spaß bändigen“
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