Volkswagen Magazin

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Die Kohle der Zukunft.

Mancher sah die Brennstoffzelle schon vor vielen Jahren als Nachfolger des Verbrennungsmotors. Dann wurde es ruhiger um sie. Jetzt feiert sie ein Comeback – und ist auf einem guten Weg, den Durchbruch zu schaffen.

Text Marc Lüttgemann
Infografik C3 Visual Lab

In Jules Vernes 1875 erschienenem Roman „Die geheimnisvolle Insel“ verschlägt es eine Gruppe Schiffbrüchiger auf ein einsames Pazifikeiland. Ihre Zeit vertreiben sich die Gestrandeten oft mit langen Gesprächen und Diskussionen über die Zukunft, und so sprechen sie eines Tages darüber, was die nicht unendlich verfügbare Kohle als Treibstoff ersetzen könnte. Cyrus Smith, ein weltgewandter Ingenieur und der Kopf der Gruppe, trifft dabei eine kühne Vorhersage.

„Das Wasser“, sagt er und lässt sich von den ungläubigen Reaktionen der Umstehenden nicht irritieren, „das in seine Elementarbestandteile zerlegte Wasser, zerlegt durch Elektrizität, die bis dahin zur mächtigen und leicht verwendbaren Kraft erwachsen sein wird. Ich bin davon überzeugt, meine Freunde, dass das Wasser dereinst als Brennstoff Verwendung findet, dass Wasserstoff und Sauerstoff, seine Bestandteile, zur unerschöpflichen und bezüglich ihrer Intensität ganz ungeahnten Quelle der Wärme und des Lichts werden. Das Wasser“, schließt Cyrus Smith, „ist die Kohle der Zukunft.“

Cyrus Smith und seine Mitstreiter in ihrem Granithaus auf Jules Vernes „geheimnisvoller Insel“.

„Ja, da ist schon etwas dran“, sagt Thomas Lieber, wenn man ihn auf Cyrus Smiths 140 Jahre alte These anspricht. Lieber ist Leiter Elektro-Traktion bei Volkswagen und in dieser Funktion verantwortlich für die Entwicklung wasserstoffbetriebener Fahrzeuge. Was bei Verne fantastisch klingt, ist für ihn als Ingenieur ganz logisch. Denn der in Wasser enthaltene Wasserstoff ist ein sehr guter Energieträger, weshalb Raumfahrt-Ingenieure ihn schon lange für die Erzeugung von Energie in Raumfahrzeugen nutzen. Auch bei U-Booten wird er als Treibstoff eingesetzt.
Um Autos mit Wasserstoff zu betreiben, benötigt man eine Brennstoffzelle. In ihr reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Die bei dieser Reaktion frei werdende Energie wird bei Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt, um einen Elektromotor zu betreiben. Das Wasser tropft einfach aus dem Fahrzeug heraus. Es ist so rein, dass man es trinken kann. Mit Brennstoffzellen angetriebene Fahrzeuge stoßen kein CO2 aus. Wird der Wasserstoff regenerativ gewonnen, wie Volkswagen fordert, bietet die Brennstoffzelle Mobilität mit null Emissionen.

Das passiert in der Brennstoffzelle

Die erste Brennstoffzelle stellte  1838 der Chemiker Christian Friedrich Schönbein her. Sir William Robert Grove las von Schönbeins Forschungen und entwickelte das Prinzip 1839 weiter. Heute gelten beide als Väter der Brennstoffzelle.

Bei einer modernen Brennstoffzelle im Auto treffen Wasserstoff und Sauerstoff an einer Elektrolytmembran aufeinander und reagieren zu Wasser. Die bei dieser Reaktion frei werdende Energie reicht aus, um einen Elektromotor zu betreiben.

Seit 1996 wird bei Volkswagen an der Brennstoffzelle gearbeitet. Erste Prototypen wurden auf Basis des Bora (2000 und 2001), des Touran (2004) und des Tiguan (2008) aufgebaut. Zuletzt präsentierte Volkswagen auf der Los Angeles Auto Show 2014 die Studien Passat HyMotion und Golf Variant HyMotion. Äußerlich waren sie den Serienfahrzeugen sehr ähnlich und nur am veränderten Kühlergrill mit größeren Lufteinlässen zu erkennen.

Grund für diese Überarbeitung: Da die gesamte Abwärme der Brennstoffzelle nur über das Kühlwasser abgeführt wird, müssen die Kühlerflächen vergrößert werden. Innen ersetzen vier Wasserstofftanks die Benzin- oder Dieseltanks, vorn im Motorraum ein sogenannter Brennstoffzellen-Stack inklusive Elektromotor den Verbrennungsmotor. Die HyMotion Modelle überzeugten die Tester bei Probefahrten mit ihrer Alltagstauglichkeit: Sie haben 100 kW Leistung, beschleunigen in zehn Sekunden von null auf hundert km/h und können in fünf Minuten für eine Reichweite von bis zu 500 Kilometern betankt werden.

Die Brennstoffzelle im Golf Variant HyMotion

Auch die Brennstoffzelle kann auf Basis des Modularen Querbaukastens in Volkswagen Fahrzeugen verbaut werden.

1 Im Motorraum sitzt ein Brennstoffzellen-Stack inklusive Elektromotor.

2 Durch Leitungen wird der Wasserstoff aus den Tanks zum Brennstoffzellen-Stack transportiert.

3 Im hinteren Bereich des Fahrzeugs befinden sich vier Tanks, in denen gasförmiger Wasserstoff mit einem Druck von 700 bar gespeichert wird.

Es gibt Anzeichen, dass der Durchbruch kommt.

Nur wenn Wasserstoff so ein guter Energieträger ist, wenn die Brennstoffzelle CO2-freies Fahren ermöglicht, wenn Testfahrzeuge schon so überzeugen: Warum gibt es dann kaum Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb auf den Straßen? Wichtige Gründe sind, dass noch viele Fragen bezüglich der Wasserstoff-Infrastruktur und der Erzeugung des Wasserstoffs aus regenerativer Energie ungeklärt sind.
Es gibt allerdings Anzeichen dafür, dass die Brennstoffzelle in den kommenden Jahren den Massenmarkt erreicht und den Antriebsmix bei Autos erweitert. Wichtig ist zum Beispiel, dass man sich branchenweit nach Jahren der Uneinheitlichkeit auf viele Standards geeinigt hat: Man setzt auf gasförmigen Wasserstoff statt auf flüssigen, man setzt auf eine Kompression des gasförmigen Wasserstoffs in den Tanks auf 700 bar, man setzt auf einheitliche Einfüllstutzen für den Wasserstoff. Das führe dazu, dass „Fahrer von Wasserstoffautos weltweit alle Tankstellen nutzen können“, erklärt Lieber. Auch in der Infrastruktur tut sich etwas. In Japan wächst das Wasserstofftankstellennetz auch durch öffentliche Förderungen bereits schnell, in Kalifornien ebenfalls, in Europa soll es das in den ersten Ländern bald tun. In Deutschland hat sich ein Konsortium mehrerer Unternehmen aus Automobil- und Mineralölindustrie namens H2 Mobility auf einen Handlungsplan verständigt, nach dem bis 2023 insgesamt 400 Wasserstofftankstellen im ganzen Land in Betrieb sein sollen. Das könnte vor dem Hintergrund der Reichweite von mehreren Hundert Kilometern ausreichen, um Käufer von der Alltagstauglichkeit von Brennstoffzellen-Autos zu überzeugen. Lieber: „Für eine erfolgreiche Umsetzung des Infrastrukturaufbaus ist vor allem die Politik gefragt, verlässliche Rahmenbedingungen zu setzen und Fördermittel bereitzustellen.“ Die Preise für Brennstoffzellen-Fahrzeuge werden ebenfalls in den kommenden Jahren sinken, ähnlich wie es bei E-Autos oder Plug-in-Hybriden in der Vergangenheit zu beobachten war.

Die Geschichte der Brennstoffzelle bei Volkswagen.

Es wird also noch etwas Zeit brauchen, aber die Brennstoffzelle in Serienfahrzeugen kommt, ist sich Thomas Lieber sicher. Ersetzt die Brennstoffzelle dann die Verbrennungsmotoren, Erdgas-Autos oder Plug-in-Hybride? „Nein“, sagt er, „es wird vielmehr so sein, dass wir mehrere Antriebe parallel erleben werden, denn jeder hat seine Vorteile.“ Und wann ist es so weit, wann ergänzt Wasserstoff die fossilen Brennstoffe in Serienfahrzeugen von Volkswagen, wie Cyrus Smith es bei Jules Verne angekündigt hat? „2020 bis 2025 ist eine realistische Zeitspanne“, erklärt Lieber.
Die Zukunft lässt nicht mehr lange auf sich warten.