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Wasserstoffantrieb

Beim Wasserstoffantrieb wird statt herkömmlichen Benzin Wasserstoff als Kraftstoff genutzt, wobei tatsächlich ein ganz normaler Verbrennungsmotor herhalten kann. Interessant: Sprechen die Fachleute vom Wasserstoffantrieb ist der Laie versucht, einen Wasserstoffverbrennungsmotor mit einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle beziehungsweise dem Brennstoffzellenantrieb zu verwechseln, beides sind jedoch verschiedene Antriebskonzepte.

In diesem Artikel zum Wasserstoffantrieb jedenfalls geht es um den Wasserstoffverbrennungsmotor, streng genommen zählt die Brennstoffzelle jedoch ebenfalls zum Wasserstoffantrieb...

Der Wasserstoffverbrennungsmotor als Idee

Rein von der Funktion her gleicht der Wasserstoffverbrennungsmotor einem herkömmlichen Benziner, wobei der Wasserstoff als „Sprit“ entweder durch Zündkerzen zur Zündung gebracht wird oder aber durch einen Dieselkraftstoff-Zündstrahl. Interessant: Selbstzündung wie beim Diesel geht beim Wasserstoffantrieb nicht, da die nötige Temperatur zur Zündung/Explosion von Wasserstoff bei 560 Grad Celsius liegt, Diesel hingegen bei nur 220 Grad Celsius - was 340 Grad Celsius Differenz ergibt. In der Praxis finden sich allerdings gleich mehrere Verfahren, um Wasserstoff als Kraftstoff nutzen zu können, wobei auf diese nur kurz eingegangen werden soll.

Eine Idee ist die „Äußere Gemischbildung“ oder „Saugrohr-Einblasung“. Hier wird gasförmiger Wasserstoff mit leichtem Überdruck eingeblasen oder aber flüssiger Wasserstoff vom Tank zum Motor so erhitzt, dass der Kraftstoff gasförmig wird. Vor der Verbrennung wird dem Wasserstoff Luft beigemischt, im Verbrennungsraum erfolgt dann die Zündung beispielsweise durch den Funken einer Zündkerze.

Bei der „Inneren Gemischbildung“ oder „Direkt-Einblasung“ wieder wird Wasserstoff in Gasform mit hohem Druck um die 80 bis 120 bar eingeblasen, direkt im Verbrennungsraum mit Luft gemischt und gezündet. Vorteil bei der Direkt-Einblasung ist die größere Verdichtung und somit ein besserer Wirkungsgrad, zumal bei der Direkt-Einblasung die Diesel-Zündstahl-Idee genutzt werden kann (ohne Zündkerze, dafür mit wenigen Anteilen Diesel zu leichter Zündung) - Mazda nutzt die Idee beispielsweise in den RX-8-H2-Aggregaten.

Die dritte Idee ist die „Optimierte Gemischbildung“, bei welcher quasi die zwei erst genannten Verfahren kombiniert werden. Manko: Wegen der nun hier nötigen zwei Einspritzsysteme sind die Kosten für die Optimierte Gemischbildung ungleich teurer und auch technisch recht schwierig, trotzdem arbeitet etwa BMW an diesem System...

Pro Wasserstoff und Wasserstoffantrieb: Kein CO2
Letzten Endes zeigt Wasserstoff und der Wasserstoffantrieb respektive eigentlich genauer Wasserstoffverbrennungsmotor einige Für, ebenso aber auch einige Wider. Großes Pro: CO2 oder Feinstaub sind beim Wasserstoffverbrennungsmotor Fremdwörter, lediglich Wasserdampf, Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid entstehen bei der Verbrennung von Wasserstoff. Ebenfalls ein Plus: Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid werden im Gegensatz zum konventionellen Verbrennungsmotor um gut 50 Prozent minimiert.

Zudem liegt der Wirkungsgrad eines Wasserstoffverbrennungsmotors bei bis zu 45 Prozent, der eines Benziners hingegen nur bei maximal 25 Prozent. Gegenüber der Brennstoffzelle und E-Motor überzeugt der H2-Motor (H2 gleich Wasserstoff) mit einer kompakteren Bauweise und muss auch nicht erst auf die nötige Temperatur erhitzt werden. Interessant ist ebenfalls, das Wasserstoff oder H2 sogar sicherer als Benzin sein kann, zumal verschiedene Ideen zur Herstellung möglich sind.

Manko und Contra beim Wasserstoffantrieb

Allerdings gibt es neben den durchaus vielseitigen Pluspunkten einige Mankos und Contras, was den Antrieb via Wasserstoff angeht. Trotz einem höheren Wirkungsgrad nämlich fehlt dem H2-Motor auf einen Benziner gesehen (PS)Leistung, da Wasserstoff im gasförmigen Zustand einen niedrigeren Energiegehalt beziehungsweise als Gas-Luft-Gemisch einen hohen Volumenanteil aufweist. Ebenso kann Wasserstoff eine unregelmäßige Verbrennung zeigen, Frühzündungen oder Klopfgeräusche wären die Folgen - allerdings nur beim Hubkolbenmotor, beim Wankelkolbenmotor finden sich diese Probleme nicht.

Außerdem zeigt Wasserstoff eine schlechte Schmierung, da dem Treibstoff Kohlenstoff fehlt, was jedoch durch den Einsatz von Keramik ausgeglichen werden kann. Flüssiger Wasserstoff wieder benötigt eine Temperatur von -253 Grad Celsius (MINUS), womit ein recht hoher Aufwand nötig wird, zum einen am Auto selbst, zum anderen ebenso beim Tanken. Hoher Aufwand deswegen, da es erstens verschiedene widerstandsfähige Materialien braucht, zweitens sich der flüssige (kalte ) Wasserstoff erwärmt und dadurch ausdehnt. Ebenso aufwendig und deswegen vor allem teuer ist die nötige Infrastruktur, sprich Tankstellen für Wasserstoff - zumal diese noch aufgebaut werden müssten.

Gegenüber dem Wasserstoffverbrennungsmotor weist die Brennstoffzelle sogar eine höhere Effizienz auf, wobei diese bis zu 60 Prozent betragen kann, allerdings in deren elektrischen Wirkungsgrad (Elektroantrieb) begründet ist. Ein letztes Manko ist der Wasserstoff selbst, welcher zwar zu produzieren ist, aber in natürlicher Form kaum vorkommt. Produzieren jedoch heißt wieder Energie zu verbrauchen, wobei - beispielsweise bei der Produktion von Wasserstoff aus Erdgas - CO2 entsteht. Eine andere Idee wäre die Elektrolyse (Energiegewinnung durch chemische Reaktionen beispielsweise durch die Spaltung von Wasser), erste Experimente hierzu finden derzeit in Norwegen statt.

Speicherung und Anwendung von Wasserstoff

Wie schon erwähnt ist die Speicherung respektive das Tanken von Wasserstoff mit einem höherem Aufwand als bei Benzin oder Diesel verbunden, wobei hier ein Metallhydridtank nötig ist, der unter 700 bar Druck gefüllt wird. Beim Tanken muss der Tank mit Wasser gekühlt werden, ansonsten könnte es zu einer Reaktion zwischen Wasserstoff und dem Metallhydrid kommen, wodurch sich der Kraftstoff erwärmen und ausdehnen würde. Im Betrieb hingegen wird der gleiche Tank dank dem erwärmten Kühlwasser vom Motor zur Erwärmung des Wasserstoffs genutzt.

Anwendung findet der Wasserstoffverbrennungsmotor und somit der Treibstoff Wasserstoff schon recht häufig, beispielsweise bei MAN. Der bekannte Lkw-Hersteller experimentierte bereits 1999 mit Wasserstoff, drei Busse fuhren am Flughafen München mit Druckwasserspeicherung herum. Anno 2006 setzte MAN ebenfalls zwei Busse mit Wasserstoff bei der Fußball-Weltmeisterschaft in Berlin ein, seit 2008 testet die BVG ebenfalls in Berlin 14 Wasserstoff-Busse im Linienverkehr.

Der Wasserstoffantrieb in der Praxis

Lange vorher, nämlich 1991, baute Mazda den HRX-1 mit Wasserstoff-Wankelmotor. 1993 kam der HRX-2 und der Mazda MX-5, 1995 der Capella Cargo, 2003 der Mazda RX-8 Hydrogen RE. 2005 folgte der Mazda 5 Hydrogen RE, 2006 übergab Mazda den ersten RX-8 als Wasserstoff-Modell. BMW ist seit 1999 am Ball, das erste Konzept war der BMW 750hL mit 150 kW, 204 PS und 225 km/h Spitze. Das zweite Modell 745h anno 2001 kam auf 135 kW, 184 PS und 215 km/h Top-Speed, parallel legte BMW denr Mini Cooper Hydrogen auf.

Auf der 2006er Auto Show in L.A. (USA) präsentierte BMW den BMW 760h Hydrogen 7 auf der Plattform des 760i (BMW 7er), seit 2007 ist das Modell im Leasing zu haben. Topp: Der auf Wasserstoff optimierte Motor leistet 260 PS und 390 Newtonmeter Drehmoment, die Top-Speed liegt bei 230 km/h, wo der Wasserstoff-7er abgeregelt wird. Mittlerweile hat BMW den Feldversuch mit Wasserstoff-Luxusmodellen jedoch abgebrochen, forschen tun die Bajuwaren aber weiter an der Idee Wasserstoff und Wasserstoffantrieb.


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