Die Brennstoffzelle ist eigentlich ein uralter Hut. Bereits im Jahr 1839 entdeckte der Physiker Sir William Grove das Prinzip, nach dem sich aus Wasserstoff elektrische Energie gewinnen lässt. Er erfand den Urtyp des kleinen elektrochemischen Kraftwerks. Rund fünfzig Jahre später entwickelten Karl Benz und Gottlieb Daimler eine bekannte Technik weiter, die für mobile Anwendungen bis dahin ungeeignet war. Verbrennungsmotoren wogen damals stattliche hundert Kilogramm und mehr pro erzielter Pferdestärke. Kleiner mussten die Systeme werden, leichter, bedienungsfreundlicher, stärker, robuster und preisgünstiger in der Herstellung. Ihre Optimierung revolutionierte die Welt des Transports. Heute zeichnet sich eine zweite Revolution ab: Groves Erfindung wird mobil. Durch das Hintereinanderschalten mehrerer hundert einzelner Brennstoffzellen entstehen leistungsstarke Stromquellen - Stacks genannt -, mit denen sich Elektromotoren antreiben lassen. Diese Brennstoffzellen-Antriebe machen dabei eine ähnliche Entwicklung durch wie vor über hundert Jahren der Verbrennungsmotor. Nur viel schneller. Das erste Brennstoffzellen-Auto der Welt zeigte DaimlerChrysler 1994 mit dem NECAR 1, einem noch vergleichsweise monströsen rollenden Labor. In nur wenigen Jahren ist es den Ingenieuren nun genau wie ihren Urvätern mit dem Verbrennungsmotor gelungen, Volumen und Gewicht des umweltfreundlichen Antriebssystems drastisch zu reduzieren und es gleichzeitig immer leistungsfähiger zu machen. NECAR 5 ist der jüngste Erfolg auf dem Weg zum serienreifen Brennstoffzellen-Fahrzeug. Effizient, umweltfreundlich, komfortabel Brennstoffzellen haben unter den alternativen Antrieben die besten Zukunftsaussichten. Sie kombinieren die Reichweiten konventioneller Verbrennungsmotoren mit niedrigem Kraftstoffverbrauch, minimalem Schadstoffausstoß und der geringen Geräuschentwicklung eines Elektrofahrzeugs. "Brennstoffzellen-Systeme bieten die Möglichkeit, umweltverträgliche Fahrzeuge in der gewohnten Qualität und mit guten Fahreigenschaften herzustellen", beschreibt Prof. Dr. Ferdinand Panik, Leiter des Brennstoffzellen-Projekts bei DaimlerChrysler, die Vorteile. "Leistung, Design, Performance und Sicherheit werden mit den umweltfreundlichen Eigenschaften des Brennstoffzellen-Antriebs zusammengeführt." Dabei können die kleinen Kraftpakete erheblich höhere Wirkungsgrade als herkömmliche Motoren erreichen. Denn der Wirkungsgrad beträgt bei einem üblichen Benzinmotor im Stadtbetrieb bis zu 20 Prozent vom Tank zum Rad. Und obwohl der NECAR 5 als Versuchsfahrzeug noch Übergewicht hat und weitere Verbesserungspotenziale bietet, nutzt er die Energie aus dem Kraftstoff bereits um mehr als 25 Prozent effektiver. Zudem sind Brennstoffzellen-Fahrzeuge grundsätzlich mit verschiedenen Treibstoffen denkbar. Zwar benötigen die Brennstoffzellen Wasserstoff zur Stromerzeugung. Sie können den Wasserstoff gleich im Tank tragen wie der 1999 vorgestellte Fünfsitzer NECAR 4, ihn aber auch mit Hilfe eines Reformers direkt an Bord aus flüssigem Treibstoffen wie Methanol gewinnen. Dass das grundsätzlich möglich ist, bewies DaimlerChrysler schon 1997 erstmals mit dem NECAR 3. Der Methanol-Antrieb benötigte - ähnlich wie im NECAR 1 der Wasserstoffantrieb - damals viel Platz, konnte aber immerhin schon in eine A-Klasse eingebaut werden. Neben Brennstoffzellen-System samt umfangreichem Reformer passten in das Testauto noch zwei Fahrgäste. Jetzt ist es den Ingenieuren innerhalb von drei Jahren gelungen, beide Systeme deutlich zu schrumpfen und auch aus dem methanolbetriebenen Brennstoffzellen-Auto einen vollwertigen Fünfsitzer zu machen. Fortschritt beim Antrieb: Weniger Platzbedarf, mehr Leistung Fast die ganze Technik steckt beim NECAR 5 im Doppelboden einer Mercedes-Benz A-Klasse. Bei 50 Prozent höherer Leistung ist das gesamt Antriebssystem nur noch halb so groß wie sein technologischer Vorgänger im NECAR 3. Gleichzeitig verringerten die Ingenieure das Gewicht des Systems und damit das Gesamtgewicht des Wagens um rund 300 Kilogramm. Davon profitieren Fahrdynamik und Beschleunigung genauso wie von dem verbesserten Elektromotor. Der Asynchronmotor mit integrierter Leistungselektronik ist kleiner, leichter, betriebssicherer und kostengünstiger als sein Vorgänger. Damit schafft das wenige Auto Spitzengeschwindigkeiten von über 150 km/h. Komfort bieten Fahrzeuge mit Elektromotor sowieso. Wie beim Automatikgetriebe braucht der NECAR 5 keine Gangschaltung, sondern nur eine einstufige Übersetzung und den Park-Modus. Ölwechsel gehören der Vergangenheit an. Und dank weniger beweglicher Teile im Vergleich zum herkömmlichen Auto sind Elektrofahrzeuge nicht nur sehr viel geräuscharmer; sie können aufgrund der geringeren mechanischen Belastungen auch noch zuverlässiger und langlebiger sein. Beim Brennstoffzellen-Fahrzeug kommt ein weiteres Plus dazu: Mit der leistungsstarken Stromquelle an Bord können zum Beispiel eine Standklimatisierung oder auch ein mobiles Büro betrieben werden. Der Brennstoffzellen-Stack - ein echtes Kraftpaket Dass der Stack im NECAR 5 noch mehr Leistung bringt als sein Vorgängermodell, dafür haben die Ingenieure der Firma Ballard Power Systems Inc. gesorgt. Das kanadische Unternehmen ist der weltweit führende Spezialist bei der Entwicklung, Fertigung und Vermarktung von Brennstoffzellen. Im Projekthaus Brennstoffzelle in Nabern bei Stuttgart arbeitet DaimlerChrysler seit drei Jahren zusammen mit Ballard und den Systemspezialisten von XCELLSIS, der früheren dbb fuel cell engines GmbH und gemeinsamen Tochter von DaimlerChrysler, Ballard und Ford Motor Corp. Wie schnell die Entwicklung der Brennstoffzellen voranging, zeigt ein einfaches Zahlenbeispiel: Brauchte das erste Testfahrzeug, der NECAR 1, noch zwölf Stacks und der NECAR 3 zwei Stacks, um 50 Kilowatt elektrische Leistung zu bekommen, liefert jetzt ein einzelner Stack 75 Kilowatt. Dabei benötigt er nur halb so viel Platz und wiegt etwa ein Drittel weniger als sein Vorgängermodell. Doch "der Mark 900-Stack ist nicht nur weitaus kompakter und leistungsfähiger als sein Vorgänger, wir haben ihn auch speziell den fahrzeugspezifischen Anforderungen angepasst.", erläutert Ballard-Geschäftsführer Dr. Werner Tillmetz. So wurde das Brennstoffzellen-Modul samt seinen zusätzlichen Komponenten wie den Sensoren, Befeuchtern und der Elektronik in eine vibrations- und schockresistente Einheit von kompakten 80 mal 40 mal 25 Zentimetern integriert, die bequem in ein Fahrzeugchassis passt. Weil die Entwickler kostengünstige Werkstoffe eingesetzt haben, ist der Mark 900 bereits für die Produktion in größeren Stückzahlen geeignet. Der Platingehalt der Brennstoffzellen wurde dank einer verbesserten Beschichtungsmethode für die Membran deutlich reduziert. Mikrostrukturen schaffen einen optimalen Kontakt zwischen der Membran und den Elektroden und machen so eine ideale Nutzung des Platingehalts möglich. Beim Antrieb des NECAR 5 kommt es aber nicht alleine auf das Herzstück Brennstoffzelle an, sondern genauso auf den Reformer, die Kühlung und weitere Komponenten. Dr. Günther Dietrich, Geschäftsführer von XCELLSIS, erklärt, wie bei gleichzeitiger Platzeinsparung der Wirkungsgrad gesteigert wurde: "Durch eine optimierte Auslegung des Gesamtsystems sind die Energieeinkopplung und die Energieströme besser. Und da in die neuen Bauteile mehrere Funktionen gleichzeitig integriert sind, kommt das System mit weniger Bauteilen aus." Neues gibt es auch bei der Kühlung, mit der die Temperatur in der Brennstoffzelle kontrolliert wird. Dank eines speziell entwickelten Kühlmittels auf Ethylen-Glykol-Basis ist das Antriebssystem frosttauglich und startklar selbst bei eiskaltem Winterwetter. Ähnlich wie früher der Dieselmotor braucht es allerdings eine Aufheizzeit, bis es seine Arbeitstemperatur erreicht hat. Zusammen mit dem neuen Kühlmittel sorgt eine Batterie dafür, dass der NECAR 5 auch bei niedrigen Außentemperaturen schnell losfahren kann. Ein positiver Nebeneffekt: Durch Bremskraftrückgewinnung senkt die Batterie außerdem den Kraftstoffverbrauch. In Kalifornien im Einsatz Daten als Basis für die künftige Optimierung und Weiterentwicklung gewinnen die Ingenieure nicht nur aus Tests und Messungen am NECAR 5. In Kalifornien kommen ab dem Jahr 2000 die ersten Brennstoffzellen-Fahrzeuge von DaimlerChrysler zum alltäglichen Einsatz. Dort initiierte DaimlerChrysler die "California Fuel Cell Partnership", eine Kooperation von Fahrzeugherstellern, Regierungsbehörden und Energielieferanten, die im April 1999 gegründet wurde. Ziel des Projekts ist es, zwischen 2000 und 2003 mehr als fünfzig Brennstoffzellen-Fahrzeuge auf die Straßen Kaliforniens zu bringen. Sowohl Wasserstoff- als auch später Methanol-Fahrzeuge sollen unter realen Alltagsbedingungen erprobt werden. Außerdem wollen die Projektpartner auch hier das Thema Kraftstoff-Infrastruktur durchleuchten. In West Sacramento eröffnete im Herbst 2000 eine 5000 Quadratmeter große Basis, die als Tankstelle für die Brennstoffzellen-Fahrzeuge und für Wartungszwecke dienen wird. Bisher läuft es ausgezeichnet: Im März 2000 erhielt die California Fuel Cell Partnership vom Advanced Transportation Consortium den "Blue Sky Innovation Award". aus: zurück zum Datenblatt von NECAR 5 |