Toyota FCHV-adv - Gastspiel mit Brennstoffzelle

Im aktuellen Rummel um die Pioniere der Elektromobilität ist die Brennstoffzelle etwas aus dem Blickfeld geraten. Doch das Wasserstoff basierte Antriebssystem hat klare Vorzüge, meint man bei Toyota und schickt derzeit zwei Brennstoffzellen-Botschafter auf Deutschland-Mission.

Die Total-Tankstelle an der Berliner Holzmarktstraße hat eine extrabreite Produktpalette. Neben konventionellen Kraftstoffen sind Bio-Erdgas, Autogas und Strom im Angebot - und jetzt kann aus zwei Zapfsäulen auch „H2“, also Wasserstoff, gezapft werden. Der ist in flüssigem oder gasförmigem Zustand abgabebereit und lässt sich mit einem Druck von 350 oder 700 bar in die Fahrzeugtanks leiten. Schon jetzt könnten hier pro Tag fünf Busse oder 50 Autos ihre Wasserstofftanks auffüllen. Tatsächlich rechnen die Tankstellenbetreiber aber erst einmal mit maximal zehn Kunden an ihren neuen, silber-blauen H2-Zapfsäulen - schließlich ist das Zeitalter der Wasserstoffmobilität derzeit noch ein Zukunftsszenario. Mehr als einige wenige Wasserstoffbusse der Verkehrsbetriebe und ein paar Dutzend Vorserien-Fahrzeuge verschiedener Hersteller sind auch in Berlin noch nicht am Start.

An diesem kühlen Apriltag hat Toyota zwei stattliche SUV in die Berliner Holzmarktstraße geschickt. Die Fahrzeuge haben bereits einige Tausend Testkilometer in den USA zurückgelegt. Jetzt sollen die komfortablen Dickschiffe, bei denen nichts als Wasserdampf aus dem Auspuffrohr entweicht, auch in Deutschland Eindruck schinden. Denn wenn es nach den Japanern ginge, könnte das Zeitalter der mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellenfahrzeuge schon in wenigen Jahren beginnen. Ab 2015, heißt es bei Toyota, könnten Berennstoffzellenautos in Serie gehen – wenn der Markt, wenn der Verbraucher, wenn die Politik dies wünscht und wenn die Weichen durch entsprechende Infrastrukturmaßnahmen auf H2-Kurs gestellt werden.

Die SUV, die Toyota seit zwei Jahren unter dem Kürzel FCHV-adv in kleinen Testflotten laufen lässt, verfügen bereits über eine beachtlich Portion Alltagstauglichkeit. So sollen die ungünstigen Kaltstarteigenschaften früherer Brennstoffzellen-Vehikel Vergangenheit sein. Durch eine optimierte Anordnung der Elemente vereist die Polymer-Elektrolyt-Membran, das Herzstück der Brennstoffzelle, auch bei minus 30 Gran Celsius nicht mehr. Sogar am kältesten Tag des vergangenen deutschen Super-Winters habe man die Testfahrzeuge bei minus 37 Grad verlässlich starten können, beteuert Toyotas Technik- Experte Dirk Breuer. Mehr als zehn Jahre Erfahrung mit dem elektrischen System des Prius haben offenbar auch die Sicherheit der Brennstoffzelle mit großem Schub nach vorn gebracht. Im Falle einer potenziellen Gefährdung werden bei Prius & Co alle Hochspannungskomponenten unmittelbar abgekoppelt. Bei den Brennstoffzellenautos ist zudem ein ganzes Arsenal an Sensoren an Bord, die austretenden Wasserstoff "erschnüffeln" können, worauf die Sicherheits-Abkopplungen eingeleitet werden.

Auch in punkto Reichweite haben die Japaner mit ihrer zweiten FCHV- Generation deutliche Fortschritte erzielt. Musste das Vorgängermodell noch alle 350 Kilometer einen Tankstopp einlegen, so kommt FCHV- adv mit einer Tankfüllung 600 Kilometer weit. Das Plus geht auf die Rechnung der neuen Hochdruck-Wasserstofftanks, die mit 700 bar statt wie bisher mit 350 bar befüllt werden, so dass sich das Fassungsvermögen von 148 auf 156 Liter vergrößert hat.

Zudem verbraucht die aktuelle Version des Brennstoffzellenfahrzeugs rund ein Viertel weniger Wasserstoff als das Vorgängermodell. Bei der Effizienzsteigerung profitieren die Toyota-Entwickler vom Know-how, das sich der Konzern inzwischen bei der Entwicklung von konventionellen Hybridautos – solchen also, die einen Elektro- und einen Verbrennungsmotor an Bord haben - angeeignet hat. Das Wasserstofffahrzeug FCHV- adv arbeitet ebenfalls mit einen Hybrid- Antriebsstrang. Auch hier liefern verschiedene Kraftspender mal einzeln, mal im Verbund, die benötigte Antriebsenergie. Nur mit dem Unterschied, dass ein sogenannter Brennstoffzellen-Stapel an die Stelle des Verbrennungsmotor getreten ist. Beim Anfahren und bei niedriger Geschwindigkeit bedient sich der 90 kW / 122 PS starke Elektromotor des Toyota-SUV direkt aus der Nickel-Metall-Hybridbatterie. Wenn mehr Energie benötigt wird, etwa bei starken Beschleunigungsmanövern, liefern Batterie und Brennstoffzelle gemeinsam den Strom fürs Elektroaggregat und ist der Wagen dann mit gleichmäßiger, höherer Geschwindigkeit unterwegs, versorgt allein die Brennstoffzelle den E- Motor mit Antriebsstrom. Es gibt noch weitere Parallelen zwischen dem Brennstoffzelenhybrid FCHV-adv und den Verbrennungsmotor- Hybridfahrzeugen. Beide Antriebssysteme nutzen die kinetische Energie, die im Schiebebetrieb und beim Bremsen freigesetzt wird. Statt wie bei herkömmlichen Verbrennern ungenutzt als Abgaswärme zu entweichen, wird sie von den Hybriden in elektrische Energie umgewandelt, in der Batterie gespeichert und dem Motor für seine Dienste beim Anfahren oder Beschleunigen wieder zur Verfügung gestellt.

Mit einem Drehmoment von 260 Nm gibt sich FCHV-adv souverän auf den breiten Alleen der Hauptstadt. Wäre die Autobahn frei, könnte das SUV hier mit Tempo 150 sprinten – allein der Freiraum für die Probe aufs Exempel fehlt auf dem stadtnahen Asphalt. Dass das Brennstoffzellenkraftwerk sein Leistungsvolumen auf Jahre und Jahrzehnte behielte, wäre fraglos wünschenswert. Tatsächlich aber büßt das System im Laufe der Zeit kontinuierlich Leistung ein. So werden nach fünf Jahren nur noch etwa 95 Prozent, nach 15 Jahren noch 80 und nach 25jähriger Betriebsdauer nur noch gut 70 Prozent der ursprünglichen Leistung erreicht, haben Toyota-Berechnungen ergeben. Damit stehe die Brennstoffzelle im Vergleich zum reinen Elektrofahrzeug aber immer noch glänzend da, betont der Autobauer. Derzeit gebe es keine wie auch immer geartete Batterie, die eine auch nur annähernd vergleichbare Lebensdauer vorzuweisen habe. Weil das System Brennstoffzelle außerdem nicht mit langen Ladezeiten, geringen Reichweiten und den Gewichtsproblemen zu kämpfen hat, könnte der Antrieb mit Wasserstoff zumindest eine sinnvolle Ergänzung zur eher für den Kurzstreckenbetrieb geeigneten Elektromobilität sein, ist man bei Toyota überzeugt.

Die Erzeugung von Wasserstoff ist allerdings noch immer aufwendig und teuer. Schwer kalkulierbar sind daher die Kosten, die auf künftige Wasserstoff-Kunden zukommen werden. Momentan kostet das Kilo H2 an der Berliner Holzmarktstraße acht Euro, ein volle Tankladung für den FCHV-adv gibt es damit für etwas mehr als 50 Euro. „Aber das ist ein politischer Preis“, sagt Carsten Retzke, der sich bei der Total Deutschland GmbH um das Projekt Wasserstoff kümmert. Im Rahmen des auf mehrere Jahre angelegten „Clean Energy Partnership“-Pilotprojekts wird Wasserstoff zur Zeit hoch subventioniert. Welchen Kurs die Politik in den kommenden Jahren fahren wird, ist ungewiss.

Zum grünen Treibstoff wird H2 nur dann, wenn der Strom zur Wasserstofferzeugung durch regenerative Energien wie Sonne und Wind gewonnen wird. Eine kleine Photovoltaikanlage hat sich die Berliner Tankstelle daher schon mal in den Vorgarten gesetzt. Vor allem um interessierten Zeitgenossen vorzuführen, was alles möglich wäre. In Deutschland allerdings könne die Sonne dem Wind zumindest bei der Energieerzeugung in großem Stil und zu vertretbaren Kosten nicht das Wasser reichen, meint Retzke. Deshalb wollten die Betreiber der Projekt- Tankstelle auch Windtürme auf ihrem Grundstück an der Holzmarktstraße errichten. Soviel Innovationseifer wurde jedoch von den Behörden zunächst einmal abgebremst. Draußen, vor der Stadt, lassen sich die unkonventionellen Ideen schon leichter verwirklichen. Am künftigen Großflughafen Berlin Brandenburg soll es ab Herbst 2011 eine Co2- neutrale Tankstelle geben, die den Strom für die Herstellung von Wasserstoff im eigenen Windpark erzeugt.