Wir waren wasserstoffgetrieben auf Berlins Straßen unterwegs

Ich gebe es zu, mein Chemielehrer hatte es nicht leicht mit mir: Immer, wenn es in seinen Experimenten puffte, dampfte oder die Farbe wechselte, saß ich begeistert, aber unwissend da. Was genau die Elektronen und Protonen vor meinen Augen machten, blieb für mich nur schwer nachvollziehbar. Jahre später sitze ich im Forschungsfahrzeug HydroGen4 von General Motors. Hinter mir befinden sich drei Hochdrucktanks mit Wasserstoff, vor mir unter der Haube verrichten die Elektronen und Protonen ihr Werk.

Flottenversuch in Berlin
Der GM HydroGen4 basiert auf dem US-SUV Chevrolet Equinox und ist das Ergebnis von zehn Jahren Forschung und Entwicklung im Bereich Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie, in die der Konzern mehr als eine Milliarde US-Dollar investiert hat. Über 100 HydroGen4-Prototypen sind derzeit im weltweit größten Test- und Demonstrationsprogramm namens ,Project Driveway" in der Erprobung. Zehn Fahrzeuge werden im Rahmen der ,Clean Energy Partnership" (CEP) in Berlin eingesetzt, unter anderem vom ADAC als Pannenhilfefahrzeug. Wir hatten in der Bundeshauptstadt die Möglichkeit, mit einem HydroGen4 zu fahren.

Wasserstoff in der Praxis
Bereits beim Platz nehmen fällt sofort auf, wie seriennah der Innenraum des mehrere hunderttausend Euro teuren Prototyps wirkt. Sah es im auf dem Opel Zafira basierenden Vorgänger HydroGen3 noch improvisiert aus, könnte sein Nachfolger gerade frisch vom Band gelaufen sein. Einen Drehzahlmesser sucht man vergebens, schließlich ist die Umdrehungszahl eines Elektromotors uninteressant. Ersetzt wird das durch eine Anzeige, die Aufschluss darüber gibt, wie viel Leistung man gerade abruft oder ob man sogar Energie speichert. Der Anlassvorgang dauert zirka drei Sekunden. Ich ertappe mich dabei, wie ich den Zündschlüssel immer noch nach rechts drehe, obwohl das Auto bereits läuft. Der Grund ist einfach: Nach dem Start hört man nichts vom Elektroantrieb.

Leise durch die Stadt
Jetzt die Automatik auf ,D" gestellt und wir rollen sanft los. An der Ausfahrt müssen wir anhalten, dabei zeigt sich die direkt ansprechende elektrische Bremse. Sobald ich Gas gebe, dringt ein ganz leichtes Summen an mein Ohr. Es ist im Gegensatz zum Vorgänger aber kaum wahrnehmbar. Im Stand ist einzig das Lüfterrad der Motorkühlung zu hören. Auf einem Bildschirm in der Mittelkonsole sind die Energieströme im Fahrzeug zu sehen. Rückt man den Automatikwählhebel in die Position ,L", wird die Motorbremse aktiv, sobald man vom Gas geht. Nach kurzer Eingewöhnung ist diese Wirkung gerade vor Ampeln angenehm, zumal man durch die derart genannte Rekuperation zusätzliche Energie erzeugt. Die Tatsache, dass bereits vom Stand weg ein Drehmoment von 320 Newtonmeter bereitsteht, ermöglicht einen gelassenen Fahrstil. Die angegebene Beschleunigung in zwölf Sekunden auf Tempo 100 erscheint glaubhaft. Interessant ist der Blick auf die Kilowatt-Anzeige: Selbst bei sportlicher Fahrweise rufe ich in der Stadt nicht mehr als 40 Kilowatt der maximalen 94 Kilowatt Leistung ab.

Das Funktionsprinzip
Alles schön und gut, doch wie funktioniert das Ganze eigentlich? Das Herzstück des HydroGen4-Antriebs ist der so genannte Brennstoffzellenstapel, auch ,Stack" genannt. Dort wird in insgesamt 440 Zellen chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Ausgangsbasis ist der zu tankende Wasserstoff und durch die Luft zugeführter Sauerstoff. In jeder einzelnen Zelle teilen sich die Wasserstoffmoleküle an einer speziell beschichteten Anode in Protonen und Elektronen. Die Protonen wandern durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) in Richtung Kathode, wo sie sich mit Luftsauerstoff zu Wasser verbinden. Aus diesem Grund entweicht aus den vier Öffnungen am Heck reiner Wasserdampf. Die Elektronen fließen als elektrischer Strom zur Kathode. Da wir es mit 440 Zellen zu tun haben, reicht die Energie für den Betrieb eines 73 Kilowatt (100 PS) starken Elektromotors, kurzzeitig sind sogar bis zu 94 Kilowatt abrufbar. Die Lebensdauer der Technik beziffert GM auf derzeit zweieinhalb Jahre oder 80.000 Kilometer. Allerdings arbeitet man im Hinblick auf die Serienreife bereits an längeren Zyklen.

Viele Verbesserungen an Bord
Gegenüber seinem Vorgänger HydroGen3 ist die Nummer vier in vielen Punkten verbessert worden. So sind die Zellen nun nicht mehr senkrecht, sondern waagrecht aufeinander geschichtet, was Platzvorteile bringt und den Fahrzeugschwerpunkt sinkt. Apropos schwer: Das Leergewicht des HydroGen4 beträgt 2.010 Kilogramm, rund 300 Kilogramm mehr als beim Serienfahrzeug. In der Brennstoffzelle kommt statt eines Schraubenverdichters ein elektrischer Turbokompressor zum Einsatz, der das System mit Luft beziehungsweise Sauerstoff versorgt. Vorteile ergeben sich hinsichtlich des Wirkungsgrads und der Geräuschentwicklung. Als letzter Punkt ist der HydroGen4 für Start und Betrieb bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ausgelegt. Maximal sind minus 25 Grad möglich, allerdings in Verbindung mit einer längeren Aufwärmphase.

Druck an der Tankstelle
Unsere Fahrt führt uns zur derzeit einzigen Berliner Wasserstofftankstelle im Stadtteil Spandau. Dort wird sowohl flüssiger als auch gasförmiger Wasserstoff hergestellt. Letzterer wird aus Flüssiggas (LPG) erzeugt und auf einen Druck 350 beziehungsweise 700 bar verdichtet. Der GM Hydrogen4 weist drei Tanks aus Kohlefaserverbundwerkstoff auf, in die 4,2 Kilogramm des gasförmigen 700-bar-Wasserstoffs hineingehen. Aufgrund der unvermeidlichen Abdampfverluste bei tiefgekühltem Flüssigwasserstoff, hat sich GM für die Hochdruckvariante entschieden. Stark vereinfacht wurde der Tankvorgang: Ähnlich wie bei Erdgas (CNG) muss ein Tankrüssel mit einem Adapter verbunden werden. Auf Knopfdruck können in drei Minuten fünf Kilogramm Wasserstoff mit 700 bar getankt werden. Interessant: Eine Infrarot-Schnittstelle sorgt für die Datenkommunikation zwischen Fahrzeug und Tankstelle.

Das Problem der Infrastruktur
Die Reichweite des HydroGen4 gibt GM mit 320 Kilometer an. Entscheidend für die Verbreitung von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle ist jedoch die Anzahl der Tankstellen. Verschiedene Untersuchungen wie etwa ,HyWays", ein von der EU mitfinanziertes Forschungsprojekt zum Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur in Europa, betonen, dass diese Frage wesentlich von der politischen Unterstützung abhängt. In Deutschland kommt ein nationaler Entwicklungsplan mit einem Budget von 1,4 Milliarden Euro zum Zuge, das CEP-Projekt ist auf eine Laufzeit bis 2016 angelegt. General Motors kalkuliert für das Jahr 2015 mit 10.000 Fahrzeugen und 900 Tankstellen in Europa, ab 2025 soll sich die flächendeckende Verbreitung vollziehen. Dann sollen die Kosten für ein Kilogramm Wasserstoff bei vier Euro liegen, vergleichbar einem Benzinpreis zwischen 1,10 Euro und 1,60 Euro. Heute liegt Wasserstoff noch bei acht Euro pro Kilo. Der Energiegehalt von einem Kilogramm Wasserstoff entspricht übrigens dem von 3,7 Liter Benzin.

Die Strategie von GM
Sind Brennstoffzellenfahrzeuge nun das allein selig machende Wundermittel für die Zukunft? Laut General Motors nur teilweise: Für den Kurzstreckenbetrieb wären reine Elektroautos optimal, für längere Distanzen kommt ein E-Fahrzeug mit einem kleinen Verbrennungsmotor, der den Generator antriebt, infrage. Beispiel hierfür ist der für 2010 angekündigte Chevrolet Volt. Der Vorteil von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle liegt für GM in der größeren Reichweite und der schnellen Zufuhr von Treibstoff. Der Angebotsmix aus allen Optionen bietet Synergieeffekte, die zur Kostensenkung beitragen. Hinzu kommt für GM, dass beide Technologien von den Fortschritten von Elektromotoren und Onboard-Elektronik-Steuersystemen gleichermaßen profitieren.

Eine Frage des Willens
Laut einer Studie von GM und Shell ist eine funktionierende Wasserstoff-Infrastruktur machbar. Allerdings brauche es dazu ,einen kollektiven Willen von Autoherstellern, Energielieferanten und den Regierungen, um anfängliche Investitionsrisiken zu überwinden." Geeignete Startmaßnahmen könnten laut ,HyWays" eine anfängliche Steuerbefreiung für den Kraftstoff sowie Zuschüsse und Steuerbefreiungen für Wasserstoff-Fahrzeuge sein. Wichtig sei aber zudem, die richtige Balance zwischen der Anzahl an Fahrzeugen und den verfügbaren Tankstellen zu halten.

Bildergalerie: Sauber durch Berlin