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Wasserstoff – Die Energie der Zukunft

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Wasserstoff – Die Energie der Zukunft

Forschungszentrum in Givisiez in Entwicklung des sauberen Autos weit fortgeschritten

Die Erdölvorkommen werden eines Tages zur Neige gehen; die Umwelt muss geschont werden. Was bedeutet dies für die Automobilindustrie? Eine Antwort darauf kann das in Givisiez ansässige Michelin-Forschungszentrum geben: ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.

Von ARTHUR ZURKINDEN

Ein Auto, das sehr wenig Energie verbraucht und abgasfrei fährt, das sich aber dennoch sehr kraftvoll zeigt und den Sprung von Tempo null auf 100 km/h unter zwölf Sekunden schafft? Ein solches Auto ist keine Utopie, es gibt es schon als Prototyp. Das Michelin-Forschungszentrum in Givisiez hat in Zusammenarbeit mit dem Paul-Scherrer-Institut in Villigen AG ein Brennstoffzellen-Fahrzeug hergestellt. Der «Hy-Light», wie das Auto getauft wurde, hat im vergangenen Herbst an einem internationalen Wettbewerb für zukunftsweisende Antriebskonzepte in Shanghai, dem «Challenge Bidendum», teilgenommen und dabei die Fachwelt verblüfft. Nicht weniger als 420 Journalisten konnten den «Hy-Light» bewundern. «Unser Brennstoffzellen-Fahrzeug war den Modellen der zehn Konkurrenten in vielen Bereichen weit überlegen», hält Daniel Laurent, Chef-Ingenieur des Michelin-Forschungszentrums, gegenüber den FN fest.

Wasserdampf als Abgasprodukt

Der «Hy-Light» surrt ganz sanft über die Strasse. Einen dröhnenden Auspuff am Heck sucht man vergeblich, denn das Auto der Zukunft fährt mit einem Brennstoffzellen-System. Die Brennstoffzellen produzieren aus Wasser- und Sauerstoff elektrischen Strom. Als «Abgasprodukt» entsteht einzig und allein Wasserdampf – keine Spuren von Stickoxiden, Treibhausgasen und Feinstaub.

Der Strom wird beim «Hy-Light» durch einen elektrischen Antriebsstrang geleitet, dessen letzte Elemente zwei kompakte Elektromotoren sind, die in den Vorderrädern sitzen. Wenn der Wagen bremst, wird die dabei umgewandelte Bewegungsenergie in so genannten Supercaps gespeichert. Seine Kondensatoren können die Elektrizität wieder abgeben und so die Motorleistung auf kurze Zeit von 30 Kilowatt (42 PS) auf 75 Kilowatt (102 PS) steigern.

«Zwei-Liter-Auto»
setzt neue Massstäbe

Neben dem umweltfreundlichen Brennstoffzellen-Antrieb kann der «Hy-Light» weitere ökologische Vorteile präsentieren: Das Leichtgewicht wiegt netto lediglich 850 kg. Nicht nur seine Herstellung verbraucht deshalb erheblich weniger Rohstoffe, auch sein Treibstoffverbrauch ist eklatant niedrig. Er entspricht gerade noch zwei Litern Benzin pro 100 km. Die Brennstoffzelle ist mit einem Wirkungsgrad von rund 60 Prozent dreimal effizienter als herkömmliche Verbrennungsmotoren im Durchschnitt. Mit einer Tankfüllung lassen sich daher 400 km fahren. Auch dies ein Spitzenwert für ein Brennstoffzellen-Auto.

Bequem zum Lenken

Das «Hy-Light» ist das Ergebnis der Partnerschaft zwischen dem Forschungszentrum der Michelin-Gruppe in Givisiez und dem Paul-Scherrer-Institut (PSI). Das PSI hat das Brennstoffzellen-System entwickelt und seine langjährige Erfahrung in der Elektrochemie eingebracht. Mit der neuen Zelle und verbesserten Supercaps gelang den Wissenschaftlern, Ingenieuren und Konstrukteuren ein Technologiesprung hinsichtlich Effizienz der Energieumwandlung.

Michelin hat den gesamten Antriebsstrang sowie die Elektromotoren und das Chassis-Management konstruiert, das auf einer elektrischen aktiven Aufhängung basiert. Damit wird das Fahrzeug in Kur-
ven und beim Bremsen stabilisiert, was eine bequeme und sichere Fahrweise ermöglicht. Wasserstoff und Sauerstoff sind in speziellen Behältern in der Fahrzeugstruktur gelagert und gegen Erschütterungen geschützt. Die beiden Gase können durch Elektrolyse erzeugt werden (vgl. Kasten).

Serienmässig erst
in zehn Jahren hergestellt?

Wann wird aber ein solches Auto zu einem vernünftigen Preis auf dem Markt erhältlich sein? «Vielleicht in zehn Jahren», meint Daniel Laurent, ohne sich auf eine zuverlässige Prognose festlegen zu wollen. Und auch auf die Frage, durch wen und wo ein solches Auto serienmässig hergestellt werden soll, will er alle Möglichkeiten offen lassen.
Wasserstoff-Tankstellen

Wie ein Benzin-Auto muss auch das Brennstoffzellen-Auto von Zeit zu Zeit eine Tankstelle aufsuchen. Eine Wasserstoff-Tankfüllung reicht dabei für 400 km.

Wasserstoff-Tankstellen sind heute ebenfalls keine Utopie mehr. Sie können an mehreren Wasserstoffquellen angeschlossen werden, sei es ein Elektrolyseur, ein Reformer oder ein Tank mit Flüssigwasserstoff. Der Wasserstoff wird dabei verdichtet. Das Betanken der Fahrzeuge kann mit ähnlichem Komfort vorgenommen werden, wie man dies bei Benzintankstellen gewohnt ist.

FEW als Pionierin

Auch in der Herstellung von Wasserstoff will Freiburg Pionierarbeit leisten. Die Freiburgischen Elektrizitätswerke (FEW.Ensa) sind mit dem Michelin-Forschungszentrum in Givisiez eine Zusammenarbeit eingegangen. Das revolutionäre «Hy-Light»-Auto von Michelin hat seine ersten Fahrten mit Wasserstoff der FEW.Ensa absolviert. Grosses Ziel des Freiburger Unternehmens ist es, Wasserstoff mittels Solaranlagen herzustellen. Dabei denkt es bezüglich Wasserstoff-Verwendung nicht nur an Autos, sondern auch an Heizungen, Haushalte usw.

Wasserstoff als Hoffnungsträger

Die Frage stellt sich demnach, wie wird Wasserstoff umweltfreundlich und günstig hergestellt? Gewinnt man Wasserstoff aus fossilen Energien, wird dabei zwangsläufig das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) freigesetzt. Die billigste und zugleich am wenigsten CO2-ausstossende fossile Quelle zur Wasserstoff-Produktion ist derzeit Erdgas. Zum Einsatz kommt hier die chemische Reformierung – mit Endkosten von 10 Rappen pro kWh Wasserstoff. Praktisch CO2-frei, aber auch viel teurer ist die Elektrolyse mit Strom aus Kernkraft oder aus erneuerbaren Energien. Dabei kostet Wasserstoff aus Solarstrom heute rund doppelt so viel wie derjenige aus Nuklearenergie, und zwar rund 35 Rappen pro kWh Wasserstoff an der Tankstelle, wie das Paul-Scherrer-Institut in einer Medienmitteilung festhält. «In Zukunft dürften jedoch thermochemische Verfahren mit Solar- oder Kernenergie die aussichtsreichsten Wege zur Wasserstoff-Herstellung sein», schreiben die PSI-Forscher. az
Brennstoffzellen

Mittels Brennstoffzellen wird Wasserstoff in Strom umgewandelt, der das Auto der Zukunft antreibt. Brennstoffzellen sind Energiewandler, die aus chemischen Energieträgern ohne Umweg über Wärmeenergie und mechanische Energie direkt Strom durch eine elektrochemische Reaktion von Was- serstoff und Sauerstoff erzeugen.

Ähnlich wie bei einer Batterie besteht eine einzige Brennstoffzelle aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die durch einen Elektrolyten getrennt sind. Der einen Elektrode wird Wasserstoff, der anderen Sauerstoff (meist in Form von Luft) zugeführt. In der Zelle verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, und über die Elektroden wird Gleichstrom abgeführt. az
Umweltschonendes Autofahren

Der Automobilist kann schon heute die Umwelt vermehrt schonen, ohne ein Brennstoffzellen-Fahrzeug besitzen zu müss

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