VW Golf Variant HyMotion: Die Zelle brennt schon

Übrig bleibt reines Wasser: Autos mit Brennstoffzellenantrieb, die Wasserstoff tanken, sind im Kommen. Jetzt packt Volkswagen mit dem VW Golf Variant HyMotion sein Forschungsfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb aus und kündigt die Großserie zu einem bestimmten Zeitpunkt an. Neben einem tieferen Einblick gibt es bei uns eine Erläuterung, wie die Brennstoffzelle überhaupt als Antrieb funktioniert.

Das leistet der Brennstoffzellen-Antrieb von Volkswagen

Als Treibstoff der Zukunft verschmelzen in der Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff zu reinem Wasser. Bei dieser „kalten" Verbrennung wird Energie frei - Antriebsenergie für einen emissionsfrei rotierenden Elektromotor. Der frontgetriebene Golf Variant HyMotion beschleunigt in 10,0 Sekunden von 0 auf 100 km/h. Gespeichert wird der Wasserstoff in vier Hightech-Kohlefasertanks, die sich platzsparend im Unterboden befinden. Damit steht im Innenraum des Golf Variant HyMotion das gleiche Platzangebot wie in allen anderen Versionen des Modells zur Verfügung. Der VW Golf Variant HyMotion ermöglicht eine Reichweite von 500 Kilometern. Wieder aufgetankt ist die Studie nach nur drei Minuten.

Die Hochvoltbatterie wirkt während des schnellen Beschleunigens und auf dem Weg zur Höchstgeschwindigkeit wie ein Turbolader - beim sogenannten Boosten liefern Brennstoffzelle und Batterie in Allianz die Systemleistung von 100 kW/136 PS. Darüber dient die Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie dazu, die beim Bremsen via Rekuperation zurückgewonnene kinetische Energie zu speichern, die Startphase der Brennstoffzelle zu unterstützen und die maximale Beschleunigung des Golf Variant zu dynamisieren. Brennstoffzelle und Batterie treiben einen aus dem e-Golf adaptierten Elektromotor an.

Das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle

Das zentrale Element jeder einzelnen Brennstoffzelle - von der mehrere zu einem Stapel zusammengefasst werden - ist die protonenleitende Membran (PEM), die sich in der Brennstoffzelle jeweils zwischen einer Anode und einer Kathode befindet. Auf der Seite der Anode strömt Wasserstoff, auf der Seite der Kathode über einen Turboverdichter der Sauerstoff aus der Umgebungsluft in die Zelle. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren und verbinden sich auf der Seite der Kathode zu Wasser. Bei diesem Vorgang wird Energie frei.

Im Detail: An der Anode wird der Wasserstoff in Elektronen und Protonen gespalten. Die positiv geladenen Protonen „wandern" durch die Membran zur Kathode. Die negativ geladenen Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis zur Kathode. Dieser Stromfluss liefert elektrische Energie. An der Kathode reagieren die Protonen mit dem einströmenden Sauerstoff und den Elektronen zum sogenannten Produktwasser, das zum größten Teil über die Abgasanlage entweicht.

Etwa 60 Prozent der in Form von Wasserstoff eingesetzten Energie wird in Strom verwandelt. Die Brennstoffzelle setzt demnach die chemische Energie eines Oxidationsprozesses, einer sogenannten „kalten" Verbrennung, direkt in elektrische Energie um. Als „Abgas" entsteht nichts anderes als sauberer Wasserdampf.

Wenn der Turboverdichter gerade erst anläuft, etwa beim Anfahren, steht zu diesem Zeitpunkt kurzfristig noch nicht ausreichend genug Strom zur Verfügung, um den Motor allein via Brennstoffzelle anzutreiben. In diesen Phasen springt die Lithium-Ionen-Batterie ein und versorgt den Elektromotor mit Energie.

Volkswagen plant die Großserie

Volkswagen möchte die Wasserstoff-Brennstoffzelle in Großserie bringen - aber erst, wenn die Entwicklungsarbeit abgeschlossen ist und dabei eine für Neuwagenkäufer preislich akzeptable Lösung realisiert wurde. Vor der Markteinführung muss zudem eine Wasserstoff-Infrastruktur geschaffen werden. Gemeint ist hier nicht nur ein flächendeckendes Netz der Wasserstoff-Tankstellen, sondern auch die Herstellung des Wasserstoffs selbst. Denn Wasserstoff als Antriebsenergie macht nur dann Sinn, wenn die Primärenergie zu seiner Herstellung regenerativ gewonnen wird.

Der Hyundai ix35 Fuel Cell stellt das erste in Serie produzierte Brennstoffzellenfahrzeug der Welt dar, dessen Herstellung bereits im Januar 2013 begann. Toyota und Honda sind nun so weit und bringen ihre Brennstoffzellen-Fahrzeuge 2015 in Serie. Schließlich muss einer mit der Serienproduktion beginnen, um den Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur voranzutreiben. Volkswagen testet derweil auf den Straßen Kaliforniens eine Flotte des VW Passat HyMotion.

Schon bald gibt es zahlreiche Wasserstoff-Tankstellen

Um die Einführung wasserstoffbetriebener Fahrzeuge auf europäischen Straßen zu beschleunigen, schlossen sich 15 Automobilhersteller und Energieunternehmen zum Hyfive-Projekt (Hydrogen for Innovative Vehicles) zusammen, das Ende 2015 starten soll. Ziel ist es, mit vereinten Kräften die Verbreitung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen zu fördern und gleichzeitig ein leistungsfähiges Wasserstoff-Tankstellennetz aufzubauen. Dazu gehören unter anderem Toyota, BMW, Daimler, Honda und Hyundai.

Bis zum Jahr 2023 soll die heute etwa 30 Tankstellen umfassende, öffentliche Wasserstoff-Infrastruktur in Deutschland auf rund 400 H2-Tankstellen ausgebaut werden. Innerhalb der kommenden vier Jahre dürften die ersten 100 Wasserstoff-Stationen in Betrieb gehen. Damit lässt sich eine bedarfsgerechte Versorgung von Elektro-Fahrzeugen mit Brennstoffzellen, die in den nächsten Jahren von mehreren Herstellern auf den Markt kommen sollen, sicherstellen.