Fahren eines Wasserstoff-„Öko-Luxus“-Autos

Letzte Woche war ich Teil einer Gruppe von Journalisten, die in Berlin als erste den serienreifen BMW Hydrogen 7 gefahren sind. Das Dual-Fuel-Auto, das per Knopfdruck zwischen Benzin- und Wasserstoffverbrennung umschalten kann, ist unbestritten eine bemerkenswerte Ingenieursleistung. Und ja, es gibt hauptsächlich Wasserdampf ab. Wenn die Dinge nur so einfach wären; wenn nur Wasserstoff als Brennstoff tatsächlich sinnvoll wäre.

Die größte Herausforderung für BMW war die Entwicklung eines Tanks zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff bei –253 °C. Zwischen zwei Edelstahl-Tankschichten sitzen ein Vakuum und mehrere Lagen aus Aluminium und Glasfaser. Die Grafik zeigt den Zapfhahn einer Wasserstofftankstelle, der an der Tanköffnung befestigt ist. (Bild: BMW)

BMW produziert seit mehreren Jahren Prototypen von Autos mit Wasserstoffverbrennung. Das Unternehmen arbeitet auch an Wasserstoff-Brennstoffzellen für Elektroautos, stellte jedoch fest, dass es nicht die gleiche Motorleistung erreichen konnte, die bei der Verbrennung von Wasserstoff möglich ist. (Man bekommt ein Auto, aber es ist kein BMW, schnieft Thomas Melcher, Leiter Antriebstechnik bei BMW.)



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Jetzt wirbt BMW für eine Version, die strenge Produktentwicklungsschritte durchlaufen hat und theoretisch in Serie produziert werden könnte. In der Praxis wird das Unternehmen jedoch nur 100 der Autos herstellen und im nächsten Jahr mit der Vermietung an sorgfältig ausgewählte und noch namenlose Personen in einer massiven weltweiten Werbeaktion beginnen.

BMW nennt es Öko-Luxus: Ein Auto, von dem es behauptet, es sei umweltfreundlich, aber mit viel PS und allem drum und dran. BMW rahmt die Bemühungen als edlen, bahnbrechenden Vorstoß für die Einführung der Wasserstofftechnologie. In einer Zeit wachsender Besorgnis über die globale Erwärmung, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe verursacht wird, ist es auch eine umweltfreundliche Marketingmaßnahme.

Bilder der Sonne aus dem Weltall

Mit 200 Stundenkilometern über die Autobahn A-10 fuhr ich einen Knopf am Armaturenbrett, der das Auto von Benzin auf Wasserstoff umschaltete. Das einzige, was mir auffiel, war das Geräusch: Der Motor ging zu einem höheren Heulen über. Ein rotes H2-Symbol leuchtete. Das Auto verbrennt jetzt ohne Schluckauf Wasserstoff in denselben Zylindern, die kurz zuvor noch Benzin verbrannt hatten. Aber der massive 12-Zylinder-6-Liter-Motor leistet nur 260 PS, wenn er Wasserstoff verbrennt. Die BMW-Ingenieure reduzierten daher die Leistung des Benziners, um eine vergleichbare Leistung der beiden Kraftstoffe zu erreichen. (Normalerweise leistet der 12-Zylinder mit Benzin etwa 400 PS.)

Dennoch ist das Unternehmen bei der Regulierung der Wasserstoffverbrennung weiter gegangen als jedes andere. Noch vor drei Jahren lief der Motor mehrere Minuten und ging dann mit einem großen Knall aus, sagt Melcher. Boom. Wir lieben Explosionen! er lacht. Es stellte sich heraus, dass ein wenig Wasserstoff an den Kolben vorbeiströmte, sich mit Öl vermischte und explodierte. Dieses Problem wurde gelöst, indem die Kolbenringe modifiziert wurden, um Leckagen zu verhindern. Auch die Motorsteuerung musste modifiziert werden, um mit der viel schnelleren Verbrennung von Wasserstoff – er verbrennt 100-mal schneller als Benzin – umzugehen und ihn so zu regulieren, dass die Emissionen von Verbrennungsnebenprodukten wie Stickoxiden im Spurenbereich bleiben.

Das Auto zu fahren hat Spaß gemacht – aber hauptsächlich, weil es aus der BMW 7er Reihe stammte. Die Tatsache, dass es Wasserstoff verbrannte, war aus fahrerischer Sicht unauffällig. Viel interessanter war der Kofferraum: Beim Entfernen einer Filzplatte kam ein glänzender stählerner Wasserstoffspeicher zum Vorschein, der etwa die Größe eines großen Bierfasses hatte und den halben Kofferraum einnahm.

Dieser Panzer verwirrte die BMW-Ingenieure mehr als alles andere. Sie wollten unbedingt zeigen, dass Wasserstoff das nächste Benzin sein kann – nur eine weitere Flüssigkeit, die man in den Tank füllen kann. Aber Wasserstoff will ein Gas sein. Um es flüssig zu machen, müssen Sie es auf frostige -253 °C kühlen. Es ist extrem schwierig, es für einen beliebigen Zeitraum in einem Autotank so kalt zu halten.

Tatsächlich hat noch niemand das Problem vollständig gelöst. BMW konstruierte einen doppelwandigen Edelstahltank mit einem Gewicht von 129 Kilogramm. Zwischen den beiden Stahlschichten befinden sich ein Vakuum und mehrere Isolationsschichten, die die Wärme reflektieren sollen. BMW rühmt sich, dass wenn Sie einen Schneeball in den Tank stecken, dieser 13 Jahre lang nicht schmelzen würde. Füllen Sie leider flüssigen Wasserstoff in den Tank und er fängt innerhalb weniger Stunden an zu kochen.

Wenn der Wasserstoff gasförmig wird, steigt der Druck im Tank. Ab einem bestimmten Punkt öffnet ein Überdruckventil. Etwas Wasserstoffgas entweicht (ca. 10 bis 12 Gramm pro Stunde), wird durch einen Katalysator in Wasser umgewandelt und verlässt das Auto durch ein spezielles Rohr in der hinteren Stoßstange. Wenn Sie das Auto nicht fahren, dauert es nur 17 Stunden, bis diese Entlüftung beginnt. Ein halbvoller Tank kocht in neun Tagen fast vollständig ab.

Wenn der Tank irgendwie beschädigt ist und das Abkochen viel schneller geschieht, öffnet ein zweites Ventil und Rohwasserstoff wird zu einem Anschluss im Dach geleitet. Da sich diese Wasserstoff-Entweichungsverfahren noch in der Entwicklung befinden und potenzielle Sicherheitsbedenken aufwerfen, besteht BMW darauf, dass Benutzer das Auto nicht in einer geschlossenen Garage parken. Das Unternehmen arbeitet an Tanks der nächsten Generation, die leichtere Materialien verwenden, und behält dabei den Bereich der Materialwissenschaften im Auge, um mögliche neue Speichermethoden wie die Speicherung von Wasserstoff in nanotechnologischen Materialien zu finden.


Trotzdem machte es Spaß, an einer Total-Tankstelle außerhalb von Berlin zu parken – eine der wenigen Demonstrationstankstellen für Wasserstoffautos in Europa, von denen mehrere auf der ganzen Welt verstreut sind – und den schnittigen Automaten mit flüssigem Wasserstoff zu füllen. Ein Auffüllen dauert etwa acht Minuten. Der Verkaufspreis betrug 8 Euro (ca. 10,60 US-Dollar) für ein Kilogramm Wasserstoff, das ungefähr den Energiegehalt von einer Gallone Benzin hat.

Klaus Draeger, BMW-Forschungsleiter, meint, Wasserstoff sei heute dort, wo Benzin vor 100 Jahren war. Wer hätte sich vor hundert Jahren vorstellen können, dass es ein weltumspannendes Tankstellennetz geben würde? Nur wenige Visionäre würden sich das vorstellen. Viele der BMW-Ingenieure, die über den Journalisten schwebten, stellten fest, dass radikale Infrastrukturänderungen keine große Herausforderung darstellen. Und sie haben wahrscheinlich recht. Ich habe Bilder gesehen, die zeigen, wie Berlin vor 60 Jahren aussah. Es ist schwer, nicht zuzustimmen, dass die Infrastruktur innerhalb von Jahrzehnten vollständig neu aufgebaut werden kann.

Aber nur, wenn es sinnvoll ist. In diesem Fall ist die Infrastruktur nicht das größte Problem. Wasserstoff ist das größte Problem. Du kannst es nicht einfach aus dem Boden graben und verbrennen. Sie müssen es entweder aus Kohlenwasserstoff-Brennstoffen extrahieren, was dem Zweck der sauberen Energie zuwiderläuft, oder es durch Anwenden von Strom aus Wassermolekülen extrahieren – was bedeutet, dass Sie entweder den fossilen Brennstoff wieder im Kraftwerk verbrennen oder den dringend benötigten erneuerbaren Strom entziehen aus dem Stromnetz.

Wenn Sie Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen gewinnen, stoßen Sie am Ende sogar mehr Kohlendioxid aus. Tatsächlich verursacht das Fahren eines Autos, dessen Wasserstoff aus Erdgas gewonnen wurde, ungefähr das Doppelte der Kohlendioxidemissionen, die durch das Fahren eines Autos verursacht werden, das das Erdgas einfach direkt verbrennt. Damit die fossile Wasserstoffgewinnung aus ökologischer Sicht überhaupt sinnvoll ist, müsste das abgeschiedene Kohlendioxid unter Tage sequestriert werden.

Und wenn Sie Strom zur Wasserspaltung verwenden, müssen Sie sicherstellen, dass der Strom nicht selbst aus fossilen Brennstoffen stammt. Der Strom müsste aus erneuerbaren Quellen wie Wind oder Sonne kommen. Es ist nicht klar, dass die Wasserstofferzeugung die klügste Verwendung für erneuerbare Energien ist, außer am Rande: Sie kann an sehr windigen oder sehr sonnigen Tagen Strom aufnehmen, wenn erneuerbare Kraftwerke ein Überangebot produzieren.

BMW behauptet, dass Autos, die auf der Hydrogen-7-Technologie basieren, jede Einfahrt füllen können – und vielleicht sogar jede Garage, sobald wir Durchbrüche bei der erneuerbaren Versorgung und der Wasserstoffspeicherung haben. Ich möchte, dass das Unternehmen Recht hat. Die Idee eines Hochleistungsautos, das im Wesentlichen nur Wasserdampf ausstößt, ist sehr verlockend. Aber vorerst scheint der Hydrogen 7 eine bemerkenswerte technische Errungenschaft für eine Zukunft zu sein, die vielleicht nie kommen wird.

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