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Die rollende Revolution

Das Brennstoffzellen-Auto kommt – viel früher als erwartet. Erst weit im nächsten Jahrhundert sahen Techno-Propheten den Brennstoffzellen-Pkw. Jetzt soll es schon 2004 soweit sein. Partner und Allianzen formieren sich. Noch unklar ist: Wird der umweltfreundliche Antrieb mit Methanol gespeist – oder mit simplem Benzin?

Nach mehr als einem Jahrhundert Verbrennungsmotor-Ära rückt ein ernstzunehmender Nachfolgekandidat ins Rampenlicht. Das Konzept des Brennstoffzellen-Fahrzeugs verlangt dem Kunden keinen Verzicht auf gewohnten Komfort und persönliche Sicherheit ab: ein Viersitzer mit angemessenem Gepäckraum, einem 50-Kilowatt-Aggregat und 400 Kilometer Reichweite. Das signalisieren die bislang gezeigten Versuchsstadien.

Unübersehbar sind die Umweltvorteile des Antriebs. Ohne Flamme reagiert im Brennstoffzellenstapel („Stack“) das Brenngas Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff. Die chemische Energie des Wasserstoffs wird als Strom frei und treibt einen Elektromotor an. Aus dem Auspuff kommt – bei Antrieb mit reinem Wasserstoff – nur Wasserdampf.

Wasserstoff gibt es freilich nicht an der Tankstelle um die Ecke, auch nicht im Jahr 2004. Genau wie heute wird flüssiger Kraftstoff in die Tankstutzen gurgeln. Methanol ist einer der Favoriten. „Reformer“ – kleine chemische Reaktoren an Bord der Autos – verwandeln parallel zum Pedaltritt den Kraftstoff in wasserstoffreiches Gas, das in den Stack strömt.

Der Kohlenstoff des Methanol-Moleküls (CH3OH) taucht als Kohlendioxid (CO2) im Abgas auf – allerdings pro gefahrenem Kilometer mindestens 30 Prozent weniger als beim Benzin- oder Dieselmotor. Stickoxide, die – als Ozonvorläufer – für die Photosmog-geplagten Kalifornier der Anlaß zum „Clean Air Act“ waren, entstehen überhaupt nicht. Das Herz der „kalten Verbrennung“ – die Betriebstemperatur liegt bei zirka 80 Grad Celsius – ist eine etwa einen Zehntelmillimeter dicke Kunststoff-Folie: die „Proton Exchange Membrane“, kurz PEM. Beiderseits ist sie mit dem Katalysator Platin beschichtet. Sonst würde die stromliefernde Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff nur extrem langsam ablaufen.

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Die glibberige, unansehnliche PEM-Folie samt ihrer Platinhaut ist der Superstar im Vorhaben Brennstoffzellen-Auto. Standardprodukt ist ein Fluor-Kunststoff (Polytetrafluorethylen) mit dem Handelsnamen „Nafion“, hergestellt vom US-Chemiekonzern DuPont. Ein Quadratmeter ergibt rund fünf Kilowatt (kW) Leistung – und kostet bislang rund 1000 Mark. Für das 50-kW-Aggregat eines Personenwagens wären derzeit umgerechnet mehr als 10000 Mark allein für die benötigten zehn Quadratmeter PEM-Folie fällig.

Und noch ein Kostenproblem: In einigen Versuchsfahrzeugen trägt jeder Quadratmeter Membran 40 Gramm Platin. Die zehn Quadratmeter PEM im Brennstoffzellen-Pkw des Jahres 2004 wären nach dem aktuellen Stand mit Edel-Katalysator im Wert von 8000 Mark beschichtet.

„Für den Alltagsgebrauch ist das undenkbar“, kommentiert Georg Frank. Der promovierte Physiker arbeitet bei Aventis Research & Technologies, einem Unternehmen der Hoechst-Gruppe. Seit 1995 leitet er ein Projekt, dessen Ziel kurz gefaßt lautet: neben anderen Komponenten eines PEM-Stacks eine Membran entwickeln, die dasselbe leistet wie die bisher erhältlichen – aber in Massenproduktion nur noch zirka fünf Prozent der heutigen Membranen kostet.

Doch die Konkurrenz schläft nicht. Dr. Richard Stobart zeichnet als Projektleiter im ADL-Technologiezentrum in Cambridge/England für den Multifuel-Reformer verantwortlich. „Der Daimler-Reformer ist technisch gut“, räumt er ein, „aber unserer ist viel flexibler: Er läuft nach Wunsch mit Propan, Methanol, Ethanol, Benzin, Diesel oder Erdgas.“ Bislang existieren allerdings erst Laborversionen. Chemiker nennen diese Art von Anlage einen „Partial Oxidation Fuel Processor“, kurz POX.

Bis zu 81 Prozent des Kraftstoffs kann der Multifuel-Reformer in Wasserstoff umwandeln – gegenüber maximal 85 Prozent beim Wasserdampf-Reformer von Daimler-Benz. Stobart läßt dieser Nachteil kalt. „Ein paar Prozent Wirkungsgrad weniger sind nicht so wichtig. Worauf es ankommt, ist, daß die existierende Tankstellen- und Kraftstoff-Infrastruktur weiter genutzt werden kann. Das ist volkswirtschaftlich vernünftig.“

Davon will Daimler-Benz-Entwickler Ferdinand Panik nichts wissen. „Wir sollten endlich mit der Sackgassen-Perspektive fossiler Kraftstoffe Schluß machen“, fordert er. „Methanol und Wasserstoff bieten uns die Chance, endlich eine dauerhaft gesicherte Kraftstoffversorgung aufzubauen.“ Sein Argument: Methanol läßt sich auch CO2-neutral aus nachwachsenden Rohstoffen, aus kohlenstoffhaltiger Biomasse, erzeugen.

Bliebe es jedoch beim fossilen Energieträger Benzin als Kraftstoff, wäre ein weiterer CO2-Anstieg in der Erdatmosphäre vorprogrammiert. Außerdem, so Panik, benötige der Multifuel-POX-Reformer höhere Betriebstemperaturen, sei größer, schwerer, teurer und im Emissionsverhalten schlechter als der Wasserdampf-Reformer.

Im Moment kämpfen Paniks Konkurrent Stobart, dessen Multifuel-POX-Reformer und die dafür eigens gegründete Vermarktungsfirma Epyx mit ganz anderen Widrigkeiten. Jahrelang hatte man mit Chrysler am benzinbetriebenen Brennstoffzellen-Fahrzeug gearbeitet. Im Mai 1998 entschwand der Partner plötzlich – in eine Fusion mit dem Reformer-Konkurrenten Daimler-Benz (künftig „Daimler-Chrysler“). Nun muß erst mal ein neuer Fahrzeugpartner her. Weitere spannende Infos rund um die Brennstoffzelle und die Energiegewinnung von morgen bietet Ihnen das bdw-Highlight „Das Ökokraftwerk“.

Thorwald Ewe
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