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Brennstoffzellenfahrzeug

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Honda FCX Clarity, von 2007 bis 2015 etwa 100 Fahrzeuge gebaut[1][2]
Toyota Mirai, das weltweit erste in höherer Stückzahl produzierte Brennstoffzellenfahrzeug (etwa seit Ende 2014 10.000 Fahrzeuge[3])
Hyundai Nexo (seit 2018)
Der RG Nathalie verwendet Methanol als Energiespeicher
Brennstoffzellenbus: Toyota FCHV-BUS auf der Expo 2005
iLint von Alstom auf der InnoTrans 2016
Wasserstoff-Brennstoffzellen-Flugzeug HY4 (2016)

Brennstoffzellenfahrzeuge sind Transportmittel, bei denen elektrische Energie aus den Energieträgern Wasserstoff, Methanol oder Ammoniak durch eine Brennstoffzelle erzeugt und direkt mit dem Elektroantrieb in Bewegung umgewandelt oder zeitweise in einer Antriebsbatterie zwischengespeichert wird. Der elektrische Speicher ermöglicht zum einen die Rekuperation, zum anderen entlastet er die Brennstoffzelle von Lastwechseln. Der Aufbau des Antriebs entspricht damit einem seriellen Hybridantrieb. International ist die Abkürzung FC(E)V für englisch fuel cell (electric) vehicle üblich.

Diese Antriebsform gilt bei Straßenfahrzeugen nicht mehr nur als experimentell, sondern wird trotz Einschränkungen im Betrieb in Kleinserien gefertigt.[4] Einschränkungen ergeben sich durch das noch dünne Netz an Wasserstofftankstellen. 2019 existierten in Deutschland 75 öffentlich zugängliche Wasserstofftankstellen (ca. 0,5 % vom gesamten Tankstellennetz in Deutschland).[5] Im Vergleich zu den herkömmlichen batteriebetriebenen Elektroautos läuft der Tankvorgang wesentlich schneller ab, vergleichbar einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.

Energiebereitstellung durch Brennstoffzellen

Eine Brennstoffzelle konnte nach einem Bericht von 2011 chemisch gebundene Energie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 60 %[6] direkt in elektrische Energie umwandeln. Die so gewonnene elektrische Energie wird in Traktionsbatterien gespeichert, die auch durch Rekuperation zurückgewonnene Bremsenergie speichern. Über Elektromotoren wird die elektrische Energie wieder in Bewegungsenergie umgewandelt. Die Brennstoffzelle lädt im Betrieb die Fahrbatterie nach und arbeitet so als „Range Extender“ zur Vergrößerung der Reichweite eines Fahrzeuges mit Elektroantrieb. Durch die zusätzliche Energieumwandlung liegt der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenfahrzeuges unter dem eines reinen batterieelektrischen Elektrofahrzeugs. Während batterieelektrische Fahrzeuge nach Annahmen von 2014 Wirkungsgrade bis zu 70–80 % erreichen können, beträgt er bei Brennstoffzellenfahrzeugen Tank-to-Wheel rund 40–50 %[7]; hierzu kommen weitere Verluste bei der Wasserstoffherstellung (siehe unten).

Günstiger ist hingegen die CO2-Bilanz für die Herstellung des Brennstoffzellensystems. Während für die Herstellung der Batterie eines E-Autos mit einer großen 75-kWh-Batterie und einer Reichweite von 500 km beim gegenwärtigen Energiemix und Technikstand etwa 7 Tonnen CO2 anfallen, sind es bei einem Brennstoffzellenfahrzeug mit gleicher Reichweite etwa 3,3 Tonnen, die Emissionen für den Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur nicht berücksichtigt. In der Gesamtbilanz, die sowohl Herstellungsaufwand als auch Betriebsphase berücksichtigt, hat ein Brennstoffzellenfahrzeug wegen des niedrigeren Wirkungsgrades und damit dem deutlich höheren Energieverbrauch aber eine schlechtere CO2-Bilanz als ein vergleichbares Batteriefahrzeug. Dies gilt sowohl beim derzeitigen als auch bei einem rein regenerativen Strommix.[8]

Emissionen

Während der Elektroantrieb bei reinen Elektroautos außer dem Reifenabrollgeräusch praktisch keine Lärmemissionen aufweist, entstehen beim Brennstoffzellenfahrzeug, vor allem durch Lüfter, die die Luft zuführen, und Zusatzaggregate wie Pumpen, geringe zusätzliche Geräusche. Die Betriebsgeräusche der Brennstoffzellenfahrzeuge liegen dabei deutlich unter denen verbrennungsmotorbetriebener Fahrzeuge. Die direkten Abgas-Fahrzeugemissionen bestehen bei reinem Wasserstoffbetrieb vor allem aus Wasserdampf bzw. Wasser. Somit tragen die Fahrzeuge zur Verbesserung der Luftqualität verkehrsreicher Gebiete bei.

Vorgänge in der Brennstoffzelle

An der Anode wird Wasserstoff oxidiert, das heißt, ihm werden Elektronen entzogen. Die Protonen durchdringen die Elektrolytmembran und fließen zur Kathode. Die Elektrolytmembran ist nur für die Protonen durchlässig, das heißt, dass die Elektronen „gezwungen“ sind, den äußeren Stromkreis (mit der Pufferbatterie bzw. dem Elektromotor) zu durchlaufen. Es gibt verschiedene Membransysteme für die Brennstoffzelle mit unterschiedlichem Wirkungsgrad und Arbeitstemperaturbereich. An der Kathode wird der mit dem Luftstrom herab geführte Sauerstoff reduziert, das heißt, Elektronen (die vorher dem Wasserstoff entzogen wurden) werden hinzugefügt. Danach treffen die negativ geladenen Sauerstoffionen auf die Protonen und reagieren zu Wasser. Damit wird der Stromkreislauf geschlossen. Gleichzeitig wird Wärme frei, die im Fahrzeug z. B. im Winter zu Heizzwecken genutzt werden kann, aber im Sommer mittels Lüfter abgeführt werden muss.

Treibstoffe und Tank

Display im Mercedes-Benz F-Cell

Für Brennstoffzellen-Pkw werden inzwischen Drucktanks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (350–800 bar) verwendet, da die hiermit erzielbare Speicherdichte ausreicht, um Reichweiten von mehr als 500 km zu realisieren. Die Dichte von Druckgas kommt bei 700 bar schon etwa zu 56 % an die Dichte von flüssigem Wasserstoff heran.

Tiefkalter Flüssigwasserstoff (−253 °C, liquid H2) wird nur noch eingesetzt, wenn größere Mengen benötigt werden, z. B. bei Brennstoffzellenbussen. Für die Kompression auf 700 bar sind etwa 12 % der im Wasserstoff gebundenen Energie aufzuwenden. Dies muss als Umwandlungsverlust in die Energiebilanz eingehen. Bei der Verflüssigung sind 28–46 % aufzuwenden. Die Betankung erfolgt ähnlich der Betankung mit Flüssiggas oder Erdgas. Zusätzliche Verluste entstehen, wenn aus dem Fahrzeug oder dem Lagertank an der Tankstelle nicht regelmäßig Wasserstoff entnommen wird. Trotz hochwertiger Dämmung erwärmt sich der Flüssigwasserstoff und gast über Ablassventile aus.[9]

Es ist möglich, verschiedene energiehaltige Substanzen als Kraftstoff zu nutzen. Diese müssen für die Nutzung in der Brennstoffzelle zuvor in einem Reformer chemisch in gasförmigen Wasserstoff umgewandelt werden. Unmittelbar nutzen Direktmethanolbrennstoffzellen (DMFC) den flüssigen Treibstoff Methanol, sie weisen jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad auf.

Wasserstofferzeugung und Energiekette

Vergleich der Effizienz eines Wasserstoff- und eines Elektro-Antriebes

Wasserstoffgas ist kein Energierohstoff wie etwa Kohle, Erdöl oder Erdgas. Wasserstoff (H) besteht aus einem Proton und einem Elektron. Er liegt als ein farbloses, geschmacks- und geruchsloses, ungiftiges Gasmolekül aus zwei Atomen (H2) vor. In der Natur findet man es praktisch nicht in freier Form. Es liegt dort ausschließlich in gebundener Form, z. B. als Wasser (H2O), in Kohlenwasserstoffen – also auch in Erdöl, Erdgas, Kohle und Biomasse – oder in anderen organischen Verbindungen vor. Wasserstoff wird unter Einsatz von Energie freigesetzt. Er wurde bis 2012 fast ausschließlich aus fossilen Energieträgern gewonnen.[10]

Allerdings entstehen bei der Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Quellen CO2 und diverse Schadstoffe als Nebenprodukte. Im Sinne des Klimaschutzes ist das Ziel, Wasserstoff möglichst ganz ohne CO2-Emission herzustellen. Die klimafreundlichere Variante ist, Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser mittels Ökostrom oder als Biowasserstoff aus nachwachsenden Rohstoffen zu produzieren. Unter Elektrolyse versteht man die Aufspaltung einer chemischen Verbindung unter Einwirkung elektrischer Energie. Wasserstoff ist ein kohlenstofffreier Kraftstoff und kann so zur CO2-Reduktion beitragen. Dieses Potenzial des Wasserstoffs kann aber nur ausgeschöpft werden, wenn der Strom aus erneuerbaren Energieträgern stammt.[11] Der für die Elektrolyse erforderliche Strom kann aus Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser gewonnen werden, die Wirtschaftlichkeit dieser Art der Wasserstoffherstellung ist derzeit aber nicht gegeben. Über 90 % des derzeit genutzten Wasserstoffes werden daher durch Dampfreforming aus fossilen Quellen unter Verwendung des herkömmlichen Energiemixes erzeugt.

Falls der benötigte Wasserstoff durch Elektrolyse aus Strom hergestellt würde, läge der Gesamtwirkungsgrad von Brennstoffzellenfahrzeugen bei unter 30 %,[12] während er bei batterieelektrischen Fahrzeugen bei mindestens 65 % liegt.[13] Damit verbrauchen Brennstoffzellenfahrzeuge, die mit regenerativem Elektrolysewasserstoff betrieben werden, zwar weniger Primärenergie als herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor,[14] jedoch auch mehr als doppelt so viel wie batterieelektrische Fahrzeuge. Eine 2013 durchgeführte Überprüfung ergab, dass der Verbrauch von Wasserstoffautos ca. 130 % über dem Verbrauch von Elektrofahrzeugen liegt.[15]

Außerdem wäre eine Wasserstoffinfrastruktur als Energiespeichermedium sinnvoll, die als Ergänzung der unstetig produzierten, erneuerbaren Energien dienen könnte.

Speicherung von Wasserstoff

Druckwasserstoffspeicherung

Die Probleme der Speicherung in Druckbehältern gelten heute als gelöst. Durch den Einsatz neuer Materialien ist der effektive Schwund durch Diffusion stark verringert. Waren für den Kfz-Bereich um das Jahr 2000 noch Drucktanks mit 200 bis 350 bar üblich, so sind 2011 schon 700 und 800-bar-Tanks mit höherer Kapazität gebräuchlich. Das komplette Wasserstoff-Drucktanksystem für einen Pkw wiegt ca. 125 kg.[16]

Metallhydridspeicher

Eine Technologie, die sich zurzeit noch in der Erprobung befindet, ist die Verwendung von Metallhydriden. Sie setzt darauf, dass bestimmte Metall-Legierungen durch eine thermische Behandlung Wasserstoff aufnehmen und wieder freisetzen können. Es wird also Wasserstoff durch Druck in Metallpulver eingelagert und durch Wärmezufuhr wieder freigegeben. Dieses Verfahren bietet Vorteile in der volumenbezogenen Speicherdichte. Nachteilig sind jedoch die hohen Materialkosten und dass Hydridspeicher nur ca. 2 % ihres Eigengewichts an Wasserstoff aufnehmen und somit sehr schwer für Personenkraftwagen sind, denn diese Aggregate wiegen rund 300 kg. Sie werden jedoch beispielsweise in U-Booten der Klasse 212 A eingesetzt. Ziel in der Forschung ist es, die gewichtsbezogenen Speicherdichten durch den Einsatz neuer Legierungen zu steigern.

Speicherung in Nanoröhren

Neue Perspektiven versprach die Speicherung von Wasserstoff in Kohlenstoff-Nano-Fasern. Man erhoffte sich gewichtsbezogene Speicherdichten von 8–20 %. In der Realität konnten jedoch nur Werte um 2 % erreicht werden. Die falschen Prognosen waren unter anderem Verunreinigungen von Titan in den ersten Experimenten geschuldet.[17]

N-Ethylcarbazol

Eine ebenfalls erst seit kurzer Zeit erforschte Speichermöglichkeit ist die Verwendung von N-Ethylcarbazol als Speichermedium. N-Ethylcarbazol kann große Mengen an Wasserstoff chemisch speichern und ihn später wieder abgeben. Mit dem in N-Ethylcarbazol gespeicherten Wasserstoff könnte in Autos eine Brennstoffzelle zur Stromerzeugung betrieben werden.[18] Statt Benzin oder Strom würde der Autofahrer an der Tankstelle einfach „aufgeladenes“, energiereiches N-Ethylcarbazol (Perhydro-N-Ethylcarbazol oder auch Perhydro-Carbazol) tanken und gleichzeitig „entladenes“, energiearmes N-Ethylcarbazol ablassen. Das energiearme N-Ethylcarbazol könnte dezentral mit Energie angereichert werden; ökologisch am sinnvollsten wäre das direkt an Orten, an denen Strom produziert wird, etwa in Windparks in der Nordsee. N-Ethylcarbazol lässt sich ungefährlich und ohne Verluste über weite Strecken in Pipelines transportieren oder druckfrei in Tanks lagern. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Beeinträchtigung von Umwelt und Atmosphäre.

Ein Nachteil besteht in der Duplizität der Versorgung bzw. Entsorgung. Im Fahrzeug müssen zwei Tanks vorhanden sein: einer für energiereiches Perhydro-N-Ethylcarbazol und einer für entladenes. Das kann z. B. ein Doppeltank mit trennender Membran sein (LOHC-Tanks, LOHC heißt „Liquid Organic Hydrogen Carriers“). Die Duplizität der Ver- und Entsorgung pflanzt sich über die Tankstelle bis hin in die gesamte Logistik fort.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass zur Freisetzung des Wasserstoffs aus dem N-Ethylcarbazol üblicherweise Betriebstemperaturen von zwischen 100 und 200 Grad Celsius benötigt werden. Dies würde ein Temperaturmanagement zum Temperieren einzelner Funktionseinheiten des Systems erforderlich machen, da die Brennstoffzellen bei rund 80 Grad Celsius arbeiten. Darüber hinaus läuft die chemische Freisetzung von Wasserstoff aus dem N-Ethylcarbazol ohne weitere Hilfsmittel vergleichsweise langsam ab, was eine Fahrzeugbeschleunigung, wie sie im Automobilbau erwartet wird, nicht zustande kommen lässt.[19] Dieser Umstand würde den zusätzlichen Einbau von Zwischenspeichern, wie Akkus oder Superkondensatoren und entsprechender Leistungselektronik erfordern.

Chemisch gebundener Wasserstoff

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Bioethanol für den Transport zu nutzen. Das Ethanol wird katalytisch in Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid getrennt und der Wasserstoff wird in eine Brennstoffzelle übertragen. Bei diesem Verfahren zeigen sich einige Probleme, wie z. B. die Entstehung von giftigem Kohlenmonoxid bei der Umwandlung von Ethanol zu Wasserstoff. Dieses Verfahren wird in Brennstoffzellenautos nicht mehr eingesetzt.

Ausblick

Das Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes Baden-Württemberg erklärte 2011, man wolle künftig den Ausbau einer Wasserstoff-Infrastruktur für eine zukunftsfähige Energienutzung und nachhaltige Mobilität unterstützen.[20]

Die Fahrzeughersteller Toyota, Nissan und Honda haben die Produktionskosten für wasserstoffgetriebene Fahrzeuge inzwischen stark reduziert und planen die Einführung der Großserienproduktion in Japan ab 2015 in Verbindung mit dem Aufbau von 100 Wasserstofftankstellen in den japanischen Metropolregionen.[21] Das weltweit erste Serienauto mit Brennstoffzellenantrieb präsentierte Toyota am 25. Juni 2014 mit dem Namen FCV in Tokio.[22] Ende 2017 produzierte Toyota etwa 3000 Brennstoffzellenautos pro Jahr.[23]

Daimler wollte spätestens 2015 mit der Serienfertigung von Wasserstofffahrzeugen beginnen.[24] Um die Alltagstauglichkeit des Wasserstoffantriebes nachzuweisen, führte Mercedes-Benz eine Weltumrundung mit mehreren Brennstoffzellenfahrzeugen der B-Klasse durch. Die notwendigen Tanksysteme zur Kompression des von der Linde AG zugelieferten Wasserstoffes auf 700 bar wurden als mobile Einheiten mitgeführt.[25][26] Daimler erklärte 2013, die Serienfertigung von Brennstoffzellenfahrzeugen werde entgegen der ursprünglichen Planung erst 2017 beginnen, da ein wettbewerbsfähiger Preis für die Fahrzeuge derzeit nicht realisiert werden kann.[27] Auch andere Autohersteller verschieben den Start der Serienproduktion immer wieder.[28]

Allerdings ist der Aufbau einer Infrastruktur für die Wasserstoffherstellung, Wasserstoffspeicherung und Betankung noch offen. Außerdem muss unter ökologischen Aspekten neben dem wie beim rein batteriebetriebenen Elektroauto schadstofffreien Betrieb des Kfz (Tank-to-Wheel) die Erzeugung des notwendigen Wasserstoffes (Well-to-Tank) betrachtet werden. Die Herstellung von Wasserstoff erfolgt derzeit (2012) vor allem durch Dampfreformierung unter Einsatz fossiler Primärenergien, vorrangig Erdgas.[29] Bis Ende 2023 plant die H2 Mobility Initiative (Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und Total) ein Netz von 400 Stationen[veraltet].[30]

Im Februar 2020 gab es in Deutschland 87 Wasserstofftankstellen; bis 2021 soll die Zahl gemäß Bundesverkehrsministerium auf 130 steigen. Für ein flächendeckendes Netz werden ca. 1.000 Tankstellen benötigt. Europaweit gab es im Februar 2020 177 einsatzbereite Wasserstofftankstellen.[31]

Da Brennstoffzellenfahrzeuge unter Regelungen des deutschen Elektromobilitätsgesetzes fallen, kann zur Unterscheidung von anderen Fahrzeugen seit Oktober 2015 ein E-Kennzeichen beantragt werden und die Fahrzeuge können die dort festgelegten Vergünstigungen für Elektroantriebe nutzen.

Kritik

In der Automobilindustrie gibt es kritische Meinungen zur Zukunft der Wasserstofftechnologie in diesem Bereich. So sprach sich VW-Chef Herbert Diess im Jahr 2019 gegen die Brennstoffzellentechnologie aus. Diese sei nicht umweltfreundlich. Das Projekt i Hydrogen Next von Konkurrent BMW bezeichnet er als „Unsinn“.[32] In einem Interview erklärte Professor Martin Doppelbauer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), je mehr die Elektromobilität sich zu etablieren beginnt, desto stärker gäbe es eine Kampagne für Wasserstoff. Dabei sei die Wasserstoff-Diskussion ein ziemlich deutsches Phänomen. In ganz Italien gäbe es beispielsweise eine einzige Wasserstofftankstelle (Stand Dezember 2019). In Frankreich seien es fünf Stand Dezember 2019. In Spanien gäbe es zwei und in Portugal keine.[33] Doppelbauer sieht eine Notwendigkeit der Nutzung im Bereich der Netzstabilisierung. Aber im Massenmarkt Pkw mit Millionen von Fahrzeugen sei er ungeeignet.[34]

Hauptkritikpunkt bei Brennstoffzellen-PKWs ist der deutlich geringere Gesamtwirkungsgrad und damit ein höherer Energieverbrauch gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen.[35] Außerdem sind Wasserstofftankstellen deutlich teurer von den Anschaffungskosten, im Vergleich zu Ladepunkten bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen. Hingegen könnte im Schwerlastverkehr die Kombination von Wasserstoff mit Brennstoffzellen, wegen seiner der höheren Energiedichte von Wasserstoff gegenüber Fahrzeugen auf reiner Batteriebasis ein deutlicher Vorteil sein, da sonst die Batterien schon einen erheblichen Anteil des Gesamtgewichts der Fahrzeuge ausmachen würden.

Erhältliche Brennstoffzellen-Fahrzeuge und Konzeptfahrzeuge

Personenkraftwagen

Honda zeigte mit dem FCX Clarity 2007 ein serienreifes Brennstoffzellenauto. Die ersten Exemplare wurden per Leasing an ausgewählte Kunden in Kalifornien übergeben.[36]

Am 3. Juni 2008 erhielt der erste Toyota FCHV-adv in Japan seine Straßenzulassung.[37] Am 1. September 2008 leaste das japanische Umweltministerium die ersten Toyota FCHV-adv Prototypen für die kommerzielle Erprobung.[38]

Der Hyundai ix35 FCEV wurde seit 2013 in Kleinserie gefertigt und an Kunden ausgeliefert, er wurde 2018 vom Nexo abgelöst.

2014 präsentierte Toyota den „FCV“, der seit Herbst 2015 unter dem Namen Toyota Mirai produziert wird. Im November 2015 fanden die ersten Probefahrten in Deutschland statt. Eine Tankfüllung reicht bei etwa 90 km/h für bis zu 500 Kilometer. Das Nachtanken dauert 5 bis 15 Minuten.[39]

Weitere Informationen enthält die Liste von Brennstoffzellenautos in Serienproduktion.

Honda FCX

Einige Hersteller stellten bereits mehrere Generationen oder mehrere verschiedene Konzeptfahrzeuge vor:

Hersteller Typ Jahr
Audi Audi A2H2 2004
Audi Audi A7 h-tron 2014
BMW 5er GT Versuchsfahrzeuge 2015 (1)
BMW i i Hydrogen Next 2019
Daimler Mercedes-Benz NECAR 1994–2002
Daimler Mercedes-Benz F-Cell (A-Klasse) 2003–2007
Daimler Mercedes-Benz F-Cell (B-Klasse) seit 2007
Daimler Mercedes-Benz BlueZero F-Cell 2008
Daimler Mercedes-Benz F600 Hygenius 2005
Daimler Mercedes-Benz Vision Tokyo Concept 2015[40]
Daimler Mercedes-Benz GLC F-Cell 2018
Chrysler Chrysler Natrium 2001
Chrysler Jeep Commander II 2000
Chrysler Jeep Treo 2003
FIAT Seicento Elettra H2 Fuel Cell 2001
FIAT Seicento Hydrogen 2003
FIAT Fiat Panda Hydrogen 2005
Ford Ford Focus FCV Hybrid 2002–2005
Ford Ford Explorer FCV Hybrid 2006
Ford Morgan LifeCar
General Motors GM Electrovan 1966
General Motors GM HydroGen3 2001–2006
General Motors GM HydroGen4 seit 2004
General Motors GM HyWire
General Motors GM Sequel seit 2005
Honda Honda Clarity seit 2016
Honda Honda FCX Clarity 2008[41]–2014
Hyundai Santa Fé FCEV
Hyundai Tucson FCEV
Hyundai Hyundai ix35 FCEV 2013–2018
Hyundai Hyundai Nexo seit 2018
Nissan Nissan X-Trail FCHV
Peugeot Peugeot Quark 2004
Renault Renault Kangoo Z.E. H2 2015[42]
Toyota Toyota FCHV 2001
Toyota Toyota Fine-N 2003
Toyota Toyota Mirai seit 2014
Volkswagen VW Bora Hy-motion 2000
Volkswagen VW Bora Hy-power 2002
Volkswagen VW Touran Hy-motion 2004
(1) 
BMW hatte vorher an reinen Wasserstoffmotoren gearbeitet, z. B. im 750hL (2000).

Nutzfahrzeuge

Busse

  • DaimlerChrysler entwickelte einen Antrieb für den Sprinter, sowie 1997 den NeBus (O 405 N2 mit Brennstoffzelle), 2002 den Mercedes-Benz Citaro BZ und präsentierte 2009 auf dem UITP-Kongress in Wien mit dem Citaro FuelCELL-Hybrid die dritte Generation als Hybridbus mit Speicherbatterie. 2018 wurde der Concept Sprinter F-Cell vorgestellt.[43] Der testweise Betrieb bei der Hamburger Hochbahn seit 2010 wurde nach großen Ambitionen jedoch Anfang 2019 beendet. Grund seien Lieferschwierigkeiten seitens Mercedes und ungelöste Probleme der Lagerung von explosiven Wasserstoffvorräten in Wohngebieten.[44] Neuere Modelle werden als Mercedes-Benz FuelCell Hybridbusse gefertigt.
  • Van Hool und UTC-Fuel Cell, ISE Corporation präsentierten 2005 gemeinsam den Van Hool newA330 Fuel Cell. Der Regionalverkehr Köln und die Wuppertaler Stadtwerke haben bei Van Hool 40 Wasserstoff-Busse fest bestellt, die vom Frühjahr 2019 an geliefert werden sollen.[45]
  • Für die Stadt Bozen in Südtirol wurden im Jahr 2019 beim polnischen Hersteller Solaris 12 Fahrzeuge vom Typ Urbino 12 hydrogen bestellt. Die Brennstoffzellen für diese Busse liefert Ballard Power Systems.[46]
  • Hydrogenics baute auf dem Modell Gulliver 520ESP von Tecnobus (Italien) mehrere Midibusse mit Brennstoffzellen-Antrieb.
  • Der Yutong ZK6125FCEVG1 Fuel Cell Bus des chinesischen Busherstellers Yutong erhielt im Sommer 2015 die Marktzulassung für China. Dieser 12-m-Bus ist mit acht 120-l-Tanks ausgerüstet, welche sich im vorderen Teil des Dachs befinden. Der Bus hat eine Reichweite von 300 km. Das Nachtanken dauert nur zehn Minuten. Die Brennstoffzelle verfügt über eine Leistung von 50 kW, der Antriebsmotor hat eine Leistung von 120 kW.[47][48]
  • Toyota entwickelte zusammen mit dem Tochterunternehmen Hino einen Brennstoffzellenbus, welcher seit Dezember 2014 in Japan vermarktet wird. Bei diesem Fahrzeug der Länge 10,5 m wird die gleiche Technik verwendet wie im Toyota Mirai, hat allerdings zwei Brennstoffzellen-Stacks und acht Wasserstofftanks. Diese versorgen jeweils zwei 110 kW (150 PS) starke Elektromotoren mit Energie. Der Bus bietet 26 Sitz- und 50 Stehplätze und wird seit dem 9. Januar 2015 in Toyota City im Linienverkehr eingesetzt.[49]

Lkws

Durch die Vorgaben aus Brüssel: (Verordnung (EU) 2019/1242), sind die Lkw- und Nutzfahrzeughersteller gezwungen sich nach alternativen Antriebskonzepten umzusehen. Deshalb investieren Daimler und Volvo gemeinsam in Brennstoffzellenantriebe. Toyota hat bereits einige Modelle gemeinsam mit Kenworth gebaut und entwickelt in Zusammenarbeit mit Hino Jidōsha einen neuen Lkw. Iveco beabsichtigt zusammen mit Nikola Motor Company in Ulm eine Lkw-Produktion zu etablieren.[50] Hyundai testet bereits entsprechende Lkws u. a. in der Schweiz.[51][52]

Sonstige

  • Schon 1959 wurde der Allis-Chalmers-Brennstoffzellentraktor vorgestellt und ein Feldtest gezeigt. Er wurde nach mehreren Präsentationen ins Museum gegeben.
  • Bei der HHLA im Hamburger Hafen wurde von 2008 bis 2010 ein Gabelstapler von Still (R 60-25) mit Brennstoffzellenantrieb im Rahmen eines Projektes betrieben.[53]
  • CNH Global präsentierte auf der Landwirtschaftsausstellung Sima 2009 in Paris den Traktor „NH²“ auf Basis des New Holland-Modells „T6000“. Der Traktor wurde 2011 auf 120 PS gebracht.[54][55]

Schienenfahrzeuge

Schiffe/Boote

Wasserstofftankstelle für den Alsterdampfer Alsterwasser
  • Weltweit erstes Brennstoffzellenschiff mit Fahrgastzulassung war die Hydra. Sie wurde im Jahre 2000 von Christian Machens gebaut und besaß ein Alkalisches Brennstoffzellensystem (AFC).
  • Fahrgastschiff: Hamburger Fahrgastschiff Alsterwasser, Projekt Zemships. Siehe auch → H2Yacht
  • Unterseeboot: U-Boot-Klasse 212 A, U-Boot-Klasse 214, DeepC
  • RoRo-Schiff: Undine, Brennstoffzellen-Einheit WFC20 von Wärtsilä als Hilfsantrieb (20 kW) mit Methanol-Einsatz[56]
  • Das Forschungsschiff Solgenia wird auch über eine Brennstoffzelle versorgt.
  • Die norwegische Viking Lady ist ein Versorgungsschiff, das 2009 zusätzlich zum dieselelektrischen Antrieb mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet wurde.
  • Nemo H2 Rundfahrtboot in Amsterdam

2011 wurde der wirtschaftliche Einsatz von Brennstoffzellen zur Energiebereitstellung in Schiffen teilweise infragegestellt.[57]

Flugzeuge

  • 2009: Das erste pilotengesteuerte Flugzeug, welches ausschließlich mit Brennstoffzellenantrieb angetrieben wurde, war der Motorsegler Antares DLR-H2. Der erste öffentliche Flug ging vom Hamburger Flughafen Fuhlsbüttel aus und dauerte zehn Minuten.[58]
  • 2016: Der Erstflug des viersitzigen Passagierflugzeuges HY4 fand am 29. September 2016 statt.[59]

Literatur

  • Sven Geitmann: Wasserstoff-Autos – Was uns in Zukunft bewegt. Hydrogeit Verlag, 2006, ISBN 978-3-937863-07-8.
  • Helmut Eichlseder, Manfred Klell: Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik: Erzeugung, Speicherung, Anwendung. 2. Auflage, Vieweg+Teubner, 2010, ISBN 3-8348-1027-4.
  • GL veröffentlicht Brennstoffzellenstudie. In: Schiff & Hafen, Heft 11/2010, S. 58, Seehafen-Verlag, Hamburg 2010, ISSN 0938-1643 (Germanischer Lloyd untersucht Einsatz von Brennstoffzellen in Seeschiffen)
  • Brennstoffzellenantrieb in der Praxis bewährt. In: Schiff & Hafen Heft 3/2011, S. 46–48, Seehafen-Verlag, Hamburg 2011, ISSN 0938-1643
  • Nora Luttmer: Brennstoffzellen – bald! In: Deutsche Seeschifffahrt Heft 01/2011, S. 48–49, Verband Deutscher Reeder, Hamburg 2011, ISSN 0948-9002.
Commons: Brennstoffzellenfahrzeug – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Brennstoffzellenfahrzeug – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑ Honda FCX Clarity: Beauty for beauty's sake, Los Angeles Times vom 13. Februar 2009
  2. ↑ Tom Grünweg: Honda Clarity mit Brennstoffzelle im Test – Mobilität. In: Spiegel Online. 18. April 2016, abgerufen am 12. April 2020.
  3. ↑ t3n.de vom 29. September 2019, Brennstoffzelle: Neue Generation des Toyota Mirai kommt 2020, abgerufen am 6. Oktober 2019
  4. ↑ Daimler übergibt erstes Brennstoffzellenauto aus Serienfertigung (Memento vom 3. August 2012 im Webarchiv archive.today) Stand: 1. Dezember 2010
  5. ↑ https://h2.live/ Wasserstofftankstellen in Deutschland
  6. ↑ Probefahrt im Toyota FCHV adv (Quelle: Heise Stand: 29. Juli 2011)
  7. ↑ DLR-Vortrag: Batterie oder Brennstoffzelle–was bewegt uns in Zukunft? K. Andreas Friedrich; Institut für Technische Thermodynamik; Pfaffenwaldring 38–40, Stuttgart; Chart 11 dlr.de (PDF)
  8. ↑ Martin Doppelbauer: Strategiepapier elektrische Pkws – aktueller Stand und zukünftige Entwicklung (V1.5). Karlsruher Institut für Technologie. Abgerufen am 7. November 2019.
  9. ↑ U. Bossel, Theorie und Praxis, April 2006: Wasserstoff löst keine EnergieproblemePDF, aufgerufen 23. September 2014
  10. ↑ HydroGeit: Herstellung von Wasserstoff, eingefügt 5. Februar 2012.
  11. ↑ Dominic A. Notter, Katerina Kouravelou, Theodoros Karachalios, Maria K. Daletou and Nara Tudela Haberlandad: Life cycle assessment of PEM FC applications: electric mobility and μ-CHP. In: Energy and Environmental Science 8, (2015), 1969–1985, doi:10.1039/C5EE01082A.
  12. ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 739.
  13. ↑ Valentin Crastan, Elektrische Energieversorgung 2, Berlin – Heidelberg 2012, S. 57.
  14. ↑ Mark Z. Jacobson et al., 100 % clean and renewable wind, water, and sunlight (WWS) all-sector energy roadmaps for the 50 United States. In: Energy and Environmental Science 7, (2015), 2093–2117, S. 2095, doi:10.1039/c5ee01283j.
  15. ↑ Siang Fui Tie, Chee Wei Tan, A review of energy sources and energy management system in electric vehicles. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 20, (2013), 82–102, S. 89f, doi:10.1016/j.rser.2012.11.077.
  16. ↑ Opel setzt auf Wasserstoff (Stand: 6. April 2011) (Memento vom 22. Februar 2012 im Internet Archive)
  17. ↑ Tim Schröder: Das Raumwunder im Tank. In: MaxPlanckForschung. Nummer 10, 2009, S. 45.
  18. ↑ Automobilproduktion Online vom 30. Juni 2011, Elektrisches Benzin Carbazol weckt Hoffnungen (Memento vom 5. Juli 2011 im Internet Archive)
  19. ↑ Bernd Otterbach: Wundermittel Carbazol: Der weite Weg in die Serie Automobilindustrie online, 7. Juli 2011.
  20. ↑ In Baden-Württemberg soll eine Wasserstoff-Infrastruktur aufgebaut werden (Memento vom 23. Januar 2011 im Internet Archive) (Stand: 19. Januar 2011).
  21. ↑ Massenmarkt für Brennstoffzelle startet in Japan 2015 (Stand: 14. Januar 2011).
  22. ↑ Jürgen Pander: Toyota mit Wasserstoff-Antrieb: FCV fährt mit Brennstoffzelle – Mobilität. In: Spiegel Online. 25. Juni 2014, abgerufen am 12. April 2020.
  23. ↑ Michael Specht: Brennstoffzellen als Antrieb: Warum Toyota auf Wasserstoff umschwenkt. In: Spiegel Online. 19. November 2017 (spiegel.de [abgerufen am 19. November 2017]).
  24. ↑ Mercedes-Wasserstoffauto als Hybrid-Konkurrenz (Memento vom 22. Oktober 2012 im Internet Archive) (Stand: 24. Januar 2011)
  25. ↑ Mercedes B-Klasse F-Cell auf Weltreise (Stand: 31. Januar 2011)
  26. ↑ auto-clever, 16. März 2011: Mercedes Sprinter und Viano unterstützen B-Klasse F-Cell bei Welttour, aufgerufen 7. August 2012
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