Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wasserstoffautos mit Verbrennungsmotor: Eine sinnvolle Alternative zur Brennstoffzelle?

18.12.2003


Wasserstoff im Auto muss nicht unbedingt auch Brennstoffzellentechnologie bedeuten: Einige wenige Autohersteller wollen den gasförmigen Energieträger in Verbrennungsmotoren statt in Brennstoffzellen für den Antrieb der Fahrzeuge nutzen. Sie können damit auf die mehr als hundertjährige Praxis im Bau von Kolbenmotoren zurückgreifen – eine Erfahrung, die der Brennstoffzellenentwicklung noch fehlt. Solche Motoren arbeiten zwar sehr effizient und können schon sehr bald auf den Markt kommen, doch liegt das Potenzial von Brennstoffzellen noch deutlich höher.



"Das Wasserstoffzeitalter hat begonnen": Mit diesem Slogan wirbt BMW für seine Limousine 745h – eines der wenigen wasserstoffbetriebenen Autos weltweit, das mit einem Verbrennungsmotor und nicht mit einer Brennstoffzelle läuft. Die seriennahe Studie 745h hat zwei Tanks: einen Tank für Benzin und einen 140 Liter fassenden Tank für flüssigen Wasserstoff. Der 135 kW (184 PS) starke 8-Zylinder-Motor wird wahlweise von einem der beiden Kraftstoffe angetrieben.



Damit soll der Aktionsradius der Luxuslimousine unabhängig von der Entfernung zur nächsten Wasserstofftankstelle werden. Mit einer Wasserstofffüllung kommt das Fahrzeug rund 300 Kilometer weit, mit dem 88 Liter fassenden Benzintank 650 Kilometer – aber Benzin gibt es ja an jeder Ecke. Hier sieht BMW auch eine der großen Stärken des Konzepts: Während Brennstoffzellen auf Wasserstoff angewiesen sind, für den es noch keine Infrastruktur gibt, könnten Autos mit bivalenter Energieversorgung diese Schwierigkeiten umgehen. BMW will mit dem Wasserstoffmotor noch während des aktuellen Lebenszyklus seiner 7er-Reihe auf den Markt. "Deutlich vor 2008" sollen die ersten Fahrzeuge verkauft werden, erläutert Daniel Kammerer, Pressesprecher des BMW Clean Energy Projects. Damit könnten solche Wasserstoffautos früher auf den Markt kommen als Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb.

Ein weiteres Argument für das Festhalten am Verbrennungsmotor sind die damit erreichbaren hohen Leistungen. Bei Tests im Prüfstand ergaben sich mit einem von BMW entwickelten Wasserstoff-Direkteinblasungsverfahren Leistungsdichten, die deutlich über denen moderner Benzinmotoren liegen. Auch die Gesamtleistung eines solchen Motors kann sehr hoch sein – für den durch PS-starke Limousinen bekannten Konzern ein wichtiges Kriterium. Da die meisten Teile des bivalenten Motors dem Benzin-Serienmotor entsprechen, sind die Kosten verglichen mit heutigen Brennstoffzellensystemen eher niedrig.

Bei der Verbrennung von Wasserstoff in einem Kolbenmotor entsteht als Endprodukt Wasserdampf – wie in der Brennstoffzelle auch. Doch anders als bei der so genannten kalten Verbrennung in der Zelle können bei den hohen Temperaturen im Verbrennungsmotor Sauerstoff und Stickstoff miteinander zu den für die Umwelt problematischen Stickoxiden reagieren. Dieses Problem lasse sich jedoch durch geschicktes Motormanagement in den Griff bekommen, berichtet Daniel Kammerer. Dabei werden je nach der vom Motor benötigten Leistung entweder die Temperaturen unter dem kritischen Bereich gehalten, so dass Stickoxide erst gar nicht entstehen, oder es wird das hohe chemische Reduktionspotenzial des Wasserstoffs genutzt, der entstehende Stickoxide wieder zu Stickstoff und Sauerstoff reduziert.

Das Schadstoffproblem scheint also mit raffinierter Regelungstechnik beherrschbar – die physikalischen Grenzen des Verbrennungsmotors lassen sich jedoch nicht überlisten. Und genau da setzt die Argumentation der Entwickler von Brennstoffzellenfahrzeugen an: Im Verbrennungsmotor findet wie in allen Wärme-Kraft-Maschinen, die Wärme in mechanische Bewegung umwandeln, ein so genannter Kreisprozess statt. Für diese Prozesse gibt es einen bestimmten maximalen Wirkungsgrad. Bei einem Ottomotor liegt dieser theoretische Wert je nach den zugrunde gelegten Randbedingungen bei etwa 56 Prozent.

Brennstoffzellen sind hingegen keine Wärme-Kraft-Maschinen und gehorchen daher diesen
Gesetzen nicht. Ihr maximaler Wirkungsgrad liegt bei über 80 Prozent. Wie bei den Ottomotoren auch ist dies jedoch nur ein theoretischer Wert, denn Ohm’scher Widerstand und elektrochemische Prozesse in den Brennstoffzellenstacks reduzieren die nutzbare Leistung ebenso wie die für den Betrieb der Zelle nötigen Pumpen und anderen Peripheriegeräte. Auch wenn hier noch viel Entwicklungsaufwand nötig ist: Das Potenzial der Brennstoffzelle ist grundsätzlich höher.

Für die Entwickler von Brennstoffzellenfahrzeugen wie beispielsweise DaimlerChrysler ist dieses Potenzial das schlagkräftigste Argument: "Wenn wir schon nach einer Alternative suchen, dann wählen wir die mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad", fasst Pressesprecherin Edith Meissner die Philosophie zusammen, die inzwischen die meisten Autohersteller verfolgen. Nach zahlreichen Versuchen mit Verbrennungsmotoren für Wasserstoff in den vergangenen Jahrzehnten konzentriert sich die Entwicklung bei der Wasserstofftechnologie seit einigen Jahren weltweit daher überwiegend auf Brennstoffzellen.

Neben den unterschiedlichen theoretisch erreichbaren maximalen Wirkungsgraden ist für den praktischen Betrieb der Fahrzeuge auch der effektive Wirkungsgrad im Fahrbetrieb von Bedeutung. Dabei können Brennstoffzellen noch einen weiteren Vorteil ausspielen: Sie erreichen ihren maximalen Wirkungsgrad im mittleren Leistungsbereich, während Verbrennungsmotoren die Energie des Brennstoffs unter Volllast am besten ausnutzen. Mit diesem Profil werden Brennstoffzellenantriebe den Anforderungen in einem Auto deutlich besser gerecht, da in der Praxis meist im geringen bis mittleren Leistungsbereich gefahren wird und selten die maximale Leistung gefordert ist.

Ulrich Dewald | Initiative Brennstoffzelle
Weitere Informationen:
http://www.initiative-brennstoffzelle.de/de/ibz/live/nachrichten/detail/104.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Care-O-bot® 4 macht sich selbstständig
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik