Nutzung der Brennstoffzelle im PKW

Der Elektroantrieb im Verkehr ist nicht aufzuhalten. Dafür gibt es mehrere Gründe. Die wichtigsten sind:

  • Umwelt- und Klimaschutz
  • Ressourcen-Verknappung
  • Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien wird sich der Stromanteil erhöhen
  • Kostenreduktion

Der Markt bietet Platz für Batteriefahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge. Batteriefahrzeuge sind typisch für Zweitwagen und kurze Reichweiten. Das Potenzial zur Kostenreduzierung ist bei Brennstoffzellen viel größer als bei Batterien. Zudem ermöglichen Brennstoffzellen den gewohnten Komfort hinsichtlich Tankzeit und Reichweite.

Ein Vergleich mit konventionellen Antrieben nach dem Stand der Technik ist zur Einschätzung des Entwicklungspotenzials sinnvoll.

Quelle: Daimler

Die Bilder zeigen einen Motorblock und ein Automatikgetriebe als Teil des Antriebstranges. Ein konventioneller Antrieb besteht also aus vielen tausend komplizierter Teile, die filigran zusammengesetzt sind. Eine Meisterleistung der Ingenieure nach einer Entwicklungszeit von mehr als 100 Jahren! Die Kosten dieser Komponenten sind mit etwa 80 €/kW erstaunlich niedrig.


Quelle: Ford

Quelle: Daimler

Quelle: Uni Paderborn

Das nebenstehende Bild stellt das Prinzip eines Synchronmotors dar, der bevorzugt in PKW-Antrieben eingesetzt wird. Die Technik besteht aus wenigen gleichartigen Teilen. Wie schon die Brennstoffzelle, ist ein Elektromotor für billige Massenfabrikation wie geschaffen.

Die rot /grünen Dauermagnete sind auch durch Spulen mit Eisenkern ersetzbar, so wie das für den Stator dargestellt ist

Das Bild oben zeigt ein komplettes Brennstoffzellensystem. Die Kosten für dieses System wurden mittelfristig mit ca. 20 €/kW ermittelt. Das Bild darunter zeigt zeigt einen Achsantrieb mit zwei Elektromotoren (Synchronmotoren) von je 50 KW. Durch den separaten Antrieb für jedes Rad, kann die Kardanwelle entfallen. Durch den Vergleich der Fertigungstiefe von Brennstoffzellenantrieb und konventionellem Antrieb, lässt sich das Potenzial der Kosteneinsparung zumindest erahnen. Brennstoffzelle und Elektromotor sind wie geschaffen für eine billige Massenproduktion. Der Aufbau und die Kosten von Brennstoffzellen ist im Kapitel Brennstoffzellen behandelt.

Der Treibstoffverbrauch von Brennstoffzellen-PKW’s, die bereits heute auf der Straße sind, liegt bei ca. 30 kWh/ 100 km. Das sind ca. 1 kg Wasserstoff/ 100 km (1 €/ 100 km). Möglich wären 0,25 kg/100 km, wenn eine gute Bremsenergie-Rückgewinnung eingebaut ist und die Stoßdämpfer aktiv elektronisch gesteuert werden. Batteriefahrzeuge verbrauchen 15-25 kWh/ 100 km. Der BMW i3 verbraucht 12,9 kWh/100 km. Brennstoffzellenfahrzeuge werden voraussichtlich 10 kWh/ 100 km erreichen. Die gemachten Angaben verstehen sich für gut motorisierte vollwertige Limousinen.

Dass die ersten Brennstoffzellenfahrzeuge relativ teuer sein werden, liegt in der Natur der Sache. Mit einer Kleinserienfertigung ist das nicht anders zu machen. Eine größere Serie aufzulegen ist sinnlos, solange es keine ausreichende Tankstellen-Infrastruktur gibt. Die Mineralölindustrie macht einfach nicht mit. Wie es auch ohne Mineralölindustrie nachhaltig geht, will das Konzept auf dieser site zeigen.

Alternativ wurden vom Forschungszentrum Jülich Kosten von ca. 29 Mrd. € ermittelt, wenn für Tankstellen ein separates Wasserstoffnetz gebaut würde. Eine gleichwertige Infrastruktur für Elektrofahrzeuge würde sogar noch mehr kosten. Es ist einfach kostengünstiger, wenn das bestehende Erdgasnetz mittels Wasserstoff, Strom, Wärme und Mobilität gleichzeitig transportieren würde.

aktualisiert: 03.07.2014

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