Technik

Wasserstoff-Töff

Von Michael Kutschke
02.06.2008 10:04:43

Stellen Sie sich vor, es gäbe eine Schreibmaschinen-Lobby, und der Computer wird erfunden... Dann wäre dieser Artikel wahrscheinlich auf einer Schreibmaschine entstanden.

So drastisch sehen kritische Geister den Einfluss der Öl-Lobbyisten auf die Politik – nicht nur wenn es um unsere Mobilität geht: als Hemmnis für den technischen Fortschritt.

Schreibmaschinen im Computer-Zeitalter

Seit über 146 Jahren hat sich weder an den Antriebskonzepten noch den verwendeten Brennstoffen etwas Wesentliches geändert. Bereits 1862 baute Nikolaus August Otto den ersten Ottomotor. 1885 konstruierten dann Daimler und Maybach ihren Reitwagen, das erste Motorrad mit Benzinmotor.

Auch im Zeitalter von GSX-R, R1 und Fireblade sollten gewaltige Literleistungen, digitales Motormanagement, Benzineinspritzung und selbst variable Steuerzeiten nicht darüber hinwegtäuschen, dass sogar High-Tech-Renner noch immer auf dieser «Schreibmaschinen-Technik» der Automobilen Steinzeit basieren. Als «Computer» im Bereich der Fahrzeugantriebe dürfte dagegen die Brennstoffzelle gelten. Prinzipiell ist zwar auch die Funktionsweise der Brennstoffzelle seit über 150 Jahren bekannt, sie wurde allerdings zugunsten der oben genannten Kraftmaschinen sträflich vernachlässigt. Erst die Anforderungen der Raumfahrt und die drohende Klimakatastrophe beleben die Forschung jetzt nachhaltig. Die Brennstoffzelle ist im Prinzip nichts weiter als der Umkehrprozess der Elektrolyse: Es handelt sich um eine so genannte katalytische oder kalte Verbrennung. Sie setzt Wasserstoff (H2) oder wasserstoffhaltige Verbindungen unter Zuführung von Sauerstoff direkt in Elektrizität und Wärme um, kann aber auch gängige fossile Brennstoffe, Alkohole – Methanol oder Ethanol – verdauen und weist selbst mit diesen Betriebsstoffen durch die Vermeidung von Verbrennungsprozessen einen weit höheren Wirkungsgrad als Otto- oder Dieselmotoren auf.

Die Kohlendioxyd-Problematik
Egal wie ausgeklügelt gegenwärtige Benzin- oder Dieselmotoren auch sein mögen – wie in der Steinzeit verbrennt die Menschheit damit noch immer organische Brennstoffe. Die zugegeben faszinierende Mechanik zur Umwandlung der chemischen Energie aus Ölprodukten in unsere Mobilität liesse sich für weitere 40 bis 50 Jahre nutzen. So lange sollen die Erdölreserven noch ausreichen. Wäre da nicht die besorgniserregende Fieberkurve unseres Planeten. Die Freisetzung von Kohlendioxyd (CO2), das bei der Verbrennung jedes Liters Benzin und aller anderen fossilen Energieträger zwangsläufig entsteht, führt zu einem steigenden CO2-Gehalt in der Atmosphäre. Der damit einhergehende Treibhauseffekt – Hitzewellen, Unwetter, Dürren, schmelzende Polkappen und Gletscher – gilt mittlerweile als erwiesen.

H-Zwei – das Zauberwort?
Einen wirklichen Ausweg aus dem Klima-Dilemma bietet nur der Aufbau einer Energiewirtschaft, die nicht auf Kohle, Öl oder Erdgas beruht. Aber die lässt auf sich warten. Deshalb ist ein vielversprechender Brennstoff, welcher zur Aufrechterhaltung unserer Mobilität einen Beitrag leisten könnte, leider noch Zukunftsmusik. Wasserstoff: Ein Kilo H2 enthält fast soviel chemische Reaktionsenergie wie drei Kilo Benzin. Die Gewinnung des hochreaktiven Gases, welches bereits als Raketentreibstoff dient, ist kinderleicht. Der Ausgangsstoff Wasser wird durch ein Elektrolyse-Verfahren in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Bringt man beide Stoffe wieder zusammen, wird die hineingesteckte Energie freigesetzt. Das Beste: Alle Antriebe, welche Wasserstoff verbrennen, emittieren ausschliesslich reinen Wasserdampf. Das Abgas kondensiert zu Wasser, und damit ist der Kreislauf wieder geschlossen. Genial auch, dass Wasserstoff nicht nur die perfekte Möglichkeit bietet, ihn entweder mittels Brennstoffzelle direkt in elektrische Energie umzuwandeln und damit einen futuristischen Elektrotöff à la ENV (siehe Kasten) anzutreiben – sondern er lässt sich auch wie gewohnt in unseren geliebten Verbrennungsmotoren verheizen. Denn so vernünftig so ein Elektro-Motorrad auch sein mag – sexy ist es bestimmt nicht: Was wäre Easy-Rider mit surrenden E-Motoren anstatt blubbernder V2-Maschinen? Das Wasserstoff-Motorrad könnte sowohl als Harley oder Ducati mit konventionellem Verbrennungsmotor als auch als High-Tech-Zweckfahrzeug mit Brennstoffzelle (s)ein umweltfreundliches Zwitterdasein haben. Elegant wäre so die töfffeindliche Strickpulli-Fraktion ausgebremst und der Umwelt geholfen.

Die Wasserstoff-Problematik
Warum also fahren wir nicht alle längst mit Wasserstoff? Weil die Erzeugung derzeit energetisch noch zu aufwändig ist, um eine klimaverträgliche Alternative zu bieten. Das hochreaktive Gas ist zwar fast in unbegrenzter Menge vorhanden, doch nie in elementarer Form. Um Wasserstoff aus stabilen chemischen Verbindungen wie etwa Wasser (H2O) herauszulösen, braucht es für die Elektrolyse noch ein Mehrfaches an Primärenergie, die der so erzeugte Zukunfts-Brennstoff als sekundärer Energieträger dann bereithält. Solange Primärenergie nur durch Verbrennung von Kohle, Öl und Gas und nicht durch erneuerbare Ressourcen einer CO2-freien Energiewirtschaft bereit gestellt werden kann, so lange macht auch die Umstellung auf Wasserstoff keinen Sinn. Ein wirklich umweltfreundlicher Wasserstoff-Töff lässt deshalb noch mindestens 20 Jahre auf sich warten.

Einspurig statt grossspurig
Trotzdem sind Motorräder bereits jetzt beim Energiebedarf (und damit in der Folge auch bei der CO2-Bilanz) sowohl bei der Herstellung als auch beim späteren Betrieb weniger umweltbelastend als PWs. Auch ein Blick auf die typische Stausituation zeigt: In jedem tonnenschweren PW sitzt eine, höchstens zwei Personen. Die beanspruchen damit wesentlich mehr Platz und Ressourcen als mit einem Töff. Die Vorteile des motorisierten Zweirads zur Reduktion der Stauproblematik und damit der Umweltbelastung ist und bleibt die grosse Zukunftschance. Und auch die CO2-Bilanz des Motorrades im Freizeit-Einsatz lässt sich durch fortschrittliche Technologien noch weiter drastisch verbessern. Mit Hybrid-Scootern und Elektrorollern wird bereits ein Anfang gemacht.

Dieses Potenzial sollten ASTRA und Bundesrat Leuenberger endlich fördern, statt mit «Visionen», die völlig Zero sind, Zweiräder als alternative Verkehrsmittel und umweltschonende Freizeitgeräte vorsätzlich unattraktiv zu machen. Aber auch die Hersteller werden mit sparsameren Modellen und Übergangstechniken, wie Gas-, Elektro- und Hybridantrieben sowie Bio-Kraftstoffen, dem ewigen PS-Wettrüsten etwas entgegensetzen müssen.

 

Mehr zu den Übergangstechniken, alles über das Projekt eines Schweizer Hybrid-Motorrades sowie Chancen und Gefahren der so genannten Bio-Kraftstoffe erfahren Sie in den nächsten Folgen von «Visionen, die nicht Zero sind». Teil zwei beleuchtet die Abgaslüge der Politik [weiter zu Teil 2].

Wegweisende Zukunfts-Projekte

 

H2-Kolbenmotor: Aqwon – im April 2003 sorgt ein Erfinder aus Speinshart bei Nürnberg für Furore auf der Hannover-Messe: Sein vier PS starker Zweitakt-Scooter verbrennt Wasserstoff anstelle von Benzin und steht vor der Serienreife. Als technische Basis dient ein umgebauter Serien-50er. Die Speicherung des Gases ist wegweisend: Der unter 50 bar Betriebsdruck stehende Tank friert im Falle eines Unfalles an der beschädigten Stelle ein, wodurch ein Brand oder eine Explosion ausgeschlossen wird.

Der Clou: Betankt werden sollte der Aqwon-Scooter durch eine von Zeitler entwickelte Anlage, bestehend aus Druckbehältern und einem H2-Generator, mit dem per Solarenergie und Wasser jedermann Wasserstoff hätte produzieren können. Zeitler kam im Juli 2003 bei einem Unfall ums Leben. Mit ihm ist auch das Aqwon-Projekt gestorben. Zeitlers Tod erinnert an das Schicksal des Erfinders Rudolf Diesel (siehe: einestages.spiegel.de – Suchbegriff Diesel)

 

N2H4-Brennstoffzelle: Union Carbide – 1967 konstruiert Dr. Karl Kordesch, ein Angestellter von Union Carbide, ein Brennstoffzellen-Motorrad. Er legt damit fast 500 km zurück. Die Konstruktion erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 40 km/h und verbraucht 1,18 l des Raketentreibstoffs Hydrazin (Stickstoffverbindung N2H4) auf 100 km.

 

H2-Brennstoffzelle: Intelligent Energy – Kein anderes Brennstoffzellen-Motorrad steht näher an der Serienfertigung als dieses. Das «Emission Neutral Vehicle» (ENV) wiegt 80 kg und erreicht 80 km/h. Mittels Gleichstrommotor beschleunigt der Töff in 12 sec auf 80. Die Brennstoffzelle leistet konstant 1 kW. Leistungsspitzen bis zu 6 kW bei der Beschleunigung werden über Pufferakkus abgefangen. Eine Füllung Wasserstoff reicht laut Hersteller für 160 km. Rahmen und Einarmschwinge des ENV sind aus Aluminium. Die Brennstoffzelleneinheit ist herausnehmbar. Der Töff soll ab Sommer 2009 lieferbar sein und um die 10 000 Franken kosten.
Infos: www.intelligent-energy.com

 

Weitere Brennstoffzellen-Projekte:

www.fuelcells.org/info/charts/specialty.pdf

Das grösste Problem: Aufbereitungs- und Transportverluste bei der Wasserstoff- Herstellung. Der Wirkungsgrad liegt höchstens bei 56 Prozent. Das grösste Problem: Aufbereitungs- und Transportverluste bei der Wasserstoff- Herstellung. Der Wirkungsgrad liegt höchstens bei 56 Prozent. © Archiv
1967: N2H4 - Brennstoffzellen-Töff von Union Carbide 1967: N2H4 - Brennstoffzellen-Töff von Union Carbide © Archiv
2007: Crosscage. Suzuki-Konzept mit H2-Brennstoffzelle. 2007: Crosscage. Suzuki-Konzept mit H2-Brennstoffzelle. © Archiv
Das ENV-Bike wird mit Wasserstoffgas betankt. Das ENV-Bike wird mit Wasserstoffgas betankt. © Archiv