Wie funktioniert ein Wasserstoffauto? | e-Mobility

Die Verwendung von erneuerbarem Wasserstoff als Kraftstoff ist ein wichtiger Bestandteil unserer Mission für eine Zukunft mit netto null Kohlendioxidemissionen. Insbesondere für gewerbliche Zwecke wie Nutzfahrzeuge und Taxis sind Brennstoffzellen von grosser Bedeutung, da sie innerhalb von drei Minuten aufgetankt werden können und sofort eine grosse Reichweite bieten. Brennstoffzellen werden ein Teil der emissionsfreien Zukunft sein, da rein batteriebetriebene Fahrzeuge für bestimmte Mobilitätsbedürfnisse an ihre Grenzen stossen.

Eine einzelne Brennstoffzelle besteht aus einer Elektrolytmembran, einer negativen und einer positiven Elektrode sowie zwei Separatoren. Sie erzeugt für sich genommen nur etwa ein Volt. Bei Fahrzeugen werden deshalb Hunderte von Brennstoffzellen zu einer Einheit, dem so genannten Brennstoffzellenstapel, in Reihe geschaltet zusammengefügt. Er liefert genügend Strom für den Antrieb eines Wasserstoffautos. Brennstoffzellen sind nicht nur in Fahrzeugen zu finden, sondern auch im stationären Bereich, wo der erzeugte Strom und die Wärme genutzt werden.

Die Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff aus dem Tank und Sauerstoff aus der Luft in elektrischen Strom um. Dieser treibt den Elektromotor an und lädt bei Bedarf die Batterie .

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Energiedichte von Brennstoffzellen

Da Wasserstoff in verschiedenen Zuständen – z.B. flüssig oder gasförmig – gespeichert werden kann, wird er normalerweise in kg gemessen. Ein Kilogramm Wasserstoff enthält dreimal so viel Energie wie Benzin oder Diesel, erzeugt aber bei der Nutzung kein Kohlenstoffdioxid (CO₂). Im Vivaro-e HYDROGEN erzeugt die Brennstoffzelle selbst eine elektrische Leistung von 45 kW und arbeitet mit dem 100-kW-Elektroantrieb und der 10,5-kWh-Lithium-Ionen-Batterie zusammen. Das Ergebnis: eine leise, gleichmässige Fortbewegung bei hoher Reichweite.

Kalte Verbrennung

Kalte Verbrennung ist ein Begriff, der manchmal verwendet wird, um den Prozess in Brennstoffzellen zu beschreiben, obwohl es sich eigentlich gar nicht um eine Verbrennung handelt. In einer Brennstoffzelle wird nichts verbrannt – selbst wenn man Wasserstoff verbrennen würde, entsteht kein Rauch. Bei der kalten Verbrennung wird der Sauerstoff aus der Umgebungsluft zusammen mit dem Wasserstoff in der Brennstoffzelle in einer chemischen Reaktion (bei 80° C) in Strom umgewandelt.

Stabile Energiespeicherung

Einer der grossen Vorteile von Wasserstoff ist, dass er Energie fast unbegrenzt speichert. Die Energie, die ein rein batterieelektrisches Fahrzeug speichert, baut sich mit der Zeit ab. Ein Brennstoffzellenfahrzeug hingegen speichert Energie in Wasserstoffmolekülen, was eine äusserst stabile und langlebige Art der Energiespeicherung ist. Die Energie in den Tanks eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs ist daher jederzeit abrufbar.

Die Entwicklung der Brennstoffzelle

Opel ist seit Jahrzehnten führend in der FCEV-Forschung und -Entwicklung: von Systemmodellierung über Wasserstoffspeicherung, -sicherheit und -betankung bis zum Fahrzeugbau und Flottenbetrieb. Der HydroGen1, Opels erstes FCEV auf Basis des Opel Zafira, wurde im Jahr 2000 als Proof-of-Concept vorgestellt. Ab 2008 bewies eine Flotte von Opel HydroGen4-Fahrzeugen die Fähigkeiten der Wasserstofftechnologie im Rahmen des Clean Energy Partnership (CEP), einem von der deutschen Regierung unterstützten Multi-Stakeholder-Demonstrationsprojekt. Die aus dem HydroGen-Projekt gewonnenen Erkenntnisse dienten als Grundlage für weitere Entwicklungen – und führten jetzt zum ersten marktreifen Produkt: dem Vivaro-e HYDROGEN.

Wie funktioniert der Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb?

Die Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff aus dem Tank und Sauerstoff aus der Luft in Strom um. Dieser treibt wiederum den Elektromotor an und lädt bei Bedarf die Batterie auf.

Wasserstoff-Hochdrucktanks

Eine unserer wichtigsten Errungenschaften auf dem Weg zum Wasserstoffauto war die Entwicklung von 700-bar-Wasserstoff-Hochdrucktanks. Diese ermöglichen es, ausreichend Wasserstoff gasförmig bei normalen Temperaturen zu speichern, ohne dass er gekühlt werden muss, so dass Fahrzeuge über lange Zeiträume geparkt werden können, ohne dass sich die Reichweite verringert. Wir haben bereits 2002 mit dem HydroGen3 das weltweit erste FCEV mit 700-bar-Hochdrucktank gebaut und betrieben. Heute nutzen alle Automobilhersteller diese Technologie.

Sicherheit mit Wasserstoff

Der Vivaro-e HYDROGEN speichert Wasserstoff mit 700 bar in Kohlefaser-Hochdrucktanks, die unterhalb des Laderaums installiert sind. Diese Tanks sind extrem robust und so konstruiert, dass sie auch massiven Stössen standhalten – zertifiziert vom deutschen TÜV. Das Fahrzeug verfügt über umfangreiche Sicherheitssysteme, darunter Sensoren, die im unwahrscheinlichen Fall eines Wasserstofflecks automatisch die Sicherheitsventile schliessen und das Fahrzeug abschalten.

Wo sind die Brennstoffzellen im Vivaro-e HYDROGEN installiert?

Die Brennstoffzellen befinden sich im Motorraum, zusammen mit dem Elektroantrieb.

Wo befinden sich die Tanks des Vivaro-e HYDROGEN?

Die drei 700-bar-Hochdrucktanks sind unterhalb des Laderaums im Unterboden installiert. Beim rein batterie-elektrischen Vivaro-e befindet sich dort die Traktionsbatterie.

Welche Vorteile bietet der Vivaro-e HYDROGEN?

Der Vivaro-e HYDROGEN bietet lokal keine Emissionen, eine hohe Reichweite, eine dreiminütige Betankungszeit und dieselbe Nutzlast wie die Version mit herkömmlichem Antrieb.

Ist für den Betrieb des Vivaro-e HYDROGEN irgendeine zusätzliche Ausrüstung erforderlich?

Nein. Der Vivaro-e HYDROGEN lässt sich an Wasserstofftankstellen in 3 Minuten betanken. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Hochvoltbatterie direkt aufzuladen.