Brennstoffzellen-Auto-Technik: Kraftwerk an Bord

In einem Brennstoffzellen-Pkw wie dem Toyota Mirai steckt viel Technik.
© Foto: Toyota

Ein Auto mit Brennstoffzellen-Antrieb? Das gibt’s schon in Serie. Doch wirklich durchgesetzt hat sich die Technik, die aus Wasserstoff Strom macht, noch nicht. So funktioniert’s!

Von Mario Hommen/SP-X

Um von einer Erfolgsgeschichte der Brennstoffzelle im Autobau zu sprechen ist es sicher noch zu früh. Zwar kommt das Thema seit Jahrzehnten immer wieder aufs Tapet, und inzwischen sind die ersten F-Cell-Fahrzeuge (steht für Fuel Cell, englisch für Brennstoffzelle) im Handel. Doch werden die nach wie vor eher in homöopathischen Dosen verkauft.

Dabei hat die Geschichte der Brennstoffzelle schon vor langer, langer Zeit begonnen: 1838 hat Christian Friedrich Schönbein die Funktion der Brennstoffzelle entdeckt. Die ist im Grunde nichts anderes als die Umkehrung der Elektrolyse: Bei der Elektrolyse werden mit Hilfe von Strom, der durch eine Flüssigkeit geleitet wird, verschiedene Stoffe, wie zum Beispiel Natronlauge, Chlorgas aber auch Aluminium oder Wasserstoff hergestellt. Mit einer Brennstoffzelle dagegen kann aus verschiedenen Ausgangsstoffen wieder Strom erzeugt werden. Wichtig: Bei der Brennstoffzelle handelt es sich nicht um einen Energiespeicher, sondern um einen Energiewandler!

Geeignet für die Umwandlung sind unter anderem auch Methanol, Butan oder Erdgas. In der Regel aber wird Wasserstoff verwendet - in diesem Fall müsste präziser von einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle die Rede sein; ohne Sauerstoff funktioniert der Prozess nämlich auch nicht. Im Inneren der Brennstoffzelle gibt es zwei gasdurchlässige Elektroden (Anode und Kathode), die mit einem Katalysator (in der Regel Platin) beschichtet und durch eine sogenannten Elektrolytmembran voneinander getrennt sind.

Der Anode wird beim Betrieb gasförmiger Wasserstoff zugeführt, der Kathode Sauerstoff, beides reagiert miteinander und durch die Potenzialdifferenz der beiden Elektronen entsteht ein elektrischer Strom. Die chemische Reaktion dahinter ist freilich um ein vielfaches komplexer, Fakt aber ist, dass in der Brennstoffzelle aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt wird - und Wasser. Letzteres tröpfelt als Abfallprodukt aus dem Auspuff. Damit ein Brennstoffzellen-Auto fährt, braucht es noch einen Motor: Genauer gesagt einen Elektro-Motor, der dann mit dem in der Brennstoffzelle erzeugten Strom betrieben wird. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Akku-Autos: 400 bis 500 Kilometer Reichweite sind mit Wasserstoff kein Problem und das Tanken dauert nur ein paar Minuten - da kann keine Batterie mithalten.

Kaum Serienfahrzeuge

Experimentiert mit der Technik haben schon viele Hersteller, wirklich in Serie sind damit bisher aber nur Toyota mit dem Mirai, Hyundai mit dem Nexo und Honda mit dem nicht in Europa erhältlichen Clarity gegangen. Einige andere, wie der Mercedes GLC F-Cell wurde dagegen nur in homöpathischen Dosen und an ausgewählte Kunden verkauft. Der Mercedes-Ansatz ist allerdings spannend: Die Stuttgarter kombinierten die Brennstoffzellen-Technik mit einem großen Akku und schafften so einen Plug-in-Hybrid. Der kann auch an der Steckdose geladen werden, für den Fall, dass gerade keine Wasserstoff-Tankstelle in der Nähe ist. Davon gibt’s in Deutschland derzeit gerade Mal rund 130; geplant sind aktuell weitere 40.

Interessant: Ex-Audi-Ingenieur Roland Gumpert arbeitet in seinem zusammen mit dem chinesischen Hersteller Aiways realisierten Sportwagen Nathalie mit einer Methanol-Brennstoffzelle. Konkret wird dazu an Bord aus dem Methanol der Wasserstoff gewonnen, und der dann wiederum in einer Brennstoffzelle zu Strom verarbeitet. Der Vorteil: Methanol gibt’s in jedem Baumarkt und ist deutlich leichter zu handhaben als der extrem flüchtige Wasserstoff. Übrigens: Das Gerücht, Wasserstoff sei extrem gefährlich, stimmt so nicht. Zwar ist das Gas in Verbindung mit Sauerstoff explosiv. Doch weil er sich so schnell verflüchtigt, geht im Alltag keine besondere Gefahr davon aus.

Wie grün die Technik wirklich ist, steht dagegen auf einem anderen Blatt: Entscheidend dafür ist am Ende, wie der Wasserstoff erzeugt wurde. Per Elektrolyse aus Wasser und idealerweise mit Solar- oder Windenergie? Dann sieht die Öko-Bilanz gut aus. Oft wird der Wasserstoff allerdings aus Erdgas gewonnen, was den grünen Lack abblättern lässt.

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