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 ca. 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. DMFC Brennstoffzellen haben jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad und besitzen zudem den Nachteil, dass das Methanol giftig ist.
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. Obwohl die Entwicklung solcher Fahrzeuge sehr kostspielig ist, bemühen sich alle Automobilkonzerne darum, das beste Fahrzeug-Gesamtkonzept zu entwickeln. Dabei haben die Entwicklungsingenieure hier viel Handlungsspielraum, weil bei Brennstoffzellenfahrzeugen übliche Bauteile wie Motor und Getriebe wegfallen. Die neuen Komponenten wie die Akkus (oder Doppelschicht-Kondensatoren), Wasserstofftank und die Brennstoffzelle können nun fast beliebig platziert werden. Nur auf eine ausgeglichene Gewichtsverteilung ist zu achten. Somit lässt diese Technik auch eine große Designvielfalt zu.
Vorteilhaft kommt hinzu, dass dann wohl mechanische und hydraulische Bauteile wie Lenkung, Bremsanlage und Dämpfung wegfallen würden und durch eine elektronische Steuerung ersetzt werden (?Drive-by-Wire?). Ein weiterer Vorteil ist, dass Brennstoffzellenfahrzeuge selbst bei schwacher Motorisierung eine hohe Anfangsbeschleunigung haben. Das liegt daran, dass beim Gleichstrom-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 aber schon ab 2009 zu haben.
Brennstoffzellen-Konzeptfahrzeuge
Personenkraftwagen
Audi
Audi_A2H2;_2004
BMW
* BMW 750hl; 2002
DaimlerChrysler
Mercedes-Benz_F-Cell;_2003
Mercedes-Benz_F600_Hygenius;_2005
Mercedes-Benz_NECAR;_1994-2002
Chrysler_Natrium;_2001
* Jeep Commander II|Jeep Commander II; 2000
* Jeep Treo
Fiat
* Fiat Seicento Elettra H2 Fuel Cell
* Fiat Seicento Hydrogen
Fiat_Panda_Hydrogen;_2005
Ford
Ford Focus FCV Hybrid
General Motors
* GM/Opel HydroGen
* GM HyWire
* GM Sequel
Honda
Honda FCX
Hyundai
* Hyundai Santa Fé FCEV
* Hyundai Tucson FCEV
Morgan
* Morgan LifeCar
Nissan
* Nissan X-Trail FCHV
Peugeot
Peugeot Quark
Toyota
Toyota_FCHV;_2001
Toyota_Fine-N;_2003
Volkswagen
VW_Bora_Hy-motion;_2000
* VW Bora Hy-power; 2002
VW_Touran_Hy-Motion;_2004
Nutzfahrzeuge
DaimlerChrysler
* Mercedes-Benz Sprinter mit Brennstoffzelle
Mercedes-Benz Citaro fuel CellBus (Bus mit Brennstoffzelle)
Schiffe/Boote
* Fahrgastschiffe: Hamburger Fahrgastschiff, HDW
* Unterseeboote: U-Boot-Klasse 212
Weblinks
• Brennstoffzellenfahrzeuge|Aktuelle Liste von Brennstoffzellenfahrzeugen (im Internet)
• Carchart Aktuelle Liste2|Aktuelle Liste von Brennstoffzellenfahrzeugen
