Brennstoffzellenantrieb in der Warteschleife
Ab 2008 soll das Brennstoffzellenfahrzeug Honda FCX in Kleinserie produziert werden. Wir fragten Thomas Brachmann von Honda R&D Europe, welche Probleme noch gelöst werden müssen, bis die Technik auch für die Großserie geeignet ist
- ggo
Mit dem Honda FCX hat der Automobilhersteller ein Fahrzeug vorgestellt, das konsequent um den Brennstoffzellenantrieb herum konstruiert wurde. Ab 2008 soll der FCX in Kleinserie für die USA und Japan produziert werden. Im Gespräch mit heise Autos beantwortet Thomas Brachmann, Bereichsleiter Technikkommunikation bei Honda R&D Europe, Fragen zur Zukunft des Brennstoffzellenantriebs.
Der Brennstoffzellenantrieb scheint aus heutiger Sicht fast zu schön um wahr zu werden: Wasserstoff als Treibstoff, der theoretisch unbegrenzt zur Verfügung steht, keinerlei Emissionen außer Wasser, das aus dem „Auspuff“ tröpfelt, fast lautloser Antrieb. Kein Wunder, dass in den neunziger Jahren die Euphorie groß war: Automobilkonzerne wie DaimlerChrysler, General Motors, Toyota, Ford, Honda und Nissan forcierten die Entwicklung von Brennstoffzellenfahrzeugen und schickten ihre Konzeptfahrzeuge auf die Straße.
Strom, der aus der Zelle kommt
Das Prinzip der Brennstoffzelle klingt einfach: Sie wandelt die chemische Energie eines Stoffes wie Wasserstoff direkt in elektrischen Strom um. Im Grunde handelt es sich um den umgekehrten Vorgang einer Elektrolyse; Während bei der Elektrolyse Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird, wird in der Brennstoffzelle der Wasserstoff in einem elektrochemischen Prozess mit Sauerstoff verbunden. Dabei entsteht elektrische Energie für den Antrieb und als „Nebenprodukt“ Wasser.
Die Brennstoffzelle besteht aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen liegenden Trennschicht, dem Elektrolyten. An der Anode wird der Wasserstoff oxidiert (Elektronenüberschuss), an der Kathode (Elektronenmangel) werden die Protonen mit dem Sauerstoff zu Wasser umgesetzt. Werden die beiden Elektroden nun mit einem elektrischen Leiter/Verbraucher verbunden, fließt Strom.
Wie der Verbrennungsmotor ist die Brennstoffzelle ein Energiewandler, der in Verbindung mit einem Elektromotor ein Fahrzeug direkt antreibt. Ergänzt durch elektrische Energiespeicher, seien es Batterien oder Ultrakonsensatoren, ist wie bei Hybridfahrzeugen mit Verbrennungsmotor eine Rekuperation möglich und sinnvoll – auch ein Brennstoffzellenfahrzeug wird daher als Hybrid ausgelegt.
Kompakte Brennstoffzelle im Honda FCX
Honda setzt wie derzeit die meisten Automobilhersteller auf eine PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane) mit einer protonenleitenden Polymerfolie, die für Fahrzeug-Anwendungen als leichter zu handhaben gilt. Diese Folie ist zwischen zwei Bipolarplatten eingespannt, die feine Gaskanäle enthält. Durch diese Gaskanäle treten, getrennt durch die Membran, die Ausgangsstoffe Wasserstoff und Sauerstoff ein und das Endprodukt Wasser aus. Mehrere dieser Brennstoffzellenelemente ergeben in der Summe den Brennstoffzellen-Stack, also -Stapel.
Beim FCX der neuesten Generation hat Honda eine scheinbar triviale Verbesserung vorgenommen: Der Brennstoffzellen-Stack ist senkrecht verbaut, dadurch wird die Funktion der erwähnten Gaskanäle durch die Schwerkraft unterstützt, sodass die Gaskanäle der Brennstoffzelle flacher ausgelegt werden konnten. Somit baut der vertikale Stack insgesamt kürzer und der gesamte Antriebsstrang wird kompakter.
Teure Technik, kaum Tankstellen
So attraktiv die Brennstoffzelle auch ist, scheitert der Großserieneinsatz bisher vor allem an zwei Problemen, deren Lösung Zeit braucht: Zum einen ist die Technik noch viel zu teuer, sodass sie für den normalen Autokäufer unerschwinglich ist, zum anderen kann bisher niemand beantworten, wie Wasserstoff in ausreichender Menge hergestellt werden soll. Noch um die Jahrtausendwende wurde als realistischer Starttermin für Brennstoffzellenfahrzeuge im Serienbetrieb das Jahr 2010 genannt. Doch die Euphorie legte sich immer mehr: Im Jahr 2002 schätzte ein Sprecher des Ford-Forschungszentrums in Aachen, dass man ein Brennstoffzellenfahrzeug ab 2015 zu „normalen“ Pkw-Preisen anbieten könne – und schob eine kleine aber wichtige Einschränkung hinterher: Erst ab etwa 2025 sei mit einem annähernd flächendeckenden Tankstellennetz für Wasserstoff rechnen.