Wasserstoff ausgewählte Länder II

Wasserstoff in der Bundesrepublik Deutschland (2000 – 2006)

Im März 2000 startet ein Feldversuch mit 6 umgerüsteten Mercedes-Benz Transportern ‚Sprinter 214’, deren Wasserstoffmotoren 90 kW leisten und die eine Reichweite 150 km besitzen. Das ohne öffentliche Mittel mit 1,2 Mio. DM finanzierte Projekt wird von den Unternehmen AGA Gas, Hydrogen Components Inc., FFG Fahrzeugwerkstätten Falkenried GmbH, Mannesmann Demag, Deutsche Shell sowie dem TÜV Nord und der Hamburgischen Landesbank durchgeführt. Genutzt werden die Fahrzeuge von Hermes und Hoyer sowie den Hamburgischen Elektrizitätswerken, Gaswerken, der Hochbahn und der Sparkasse.

In Kooperation mit dem Primärenergieerzeuger Hydro-Quebec in Montreal, Kanada, und der GfE Metalle und Materialien mbH, Nürnberg, entwickelt die Abteilung Pulver- und Nanotechnologie im GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH im Jahr 2000 eine nanostrukturierte Leichtmetallegierung für die Anwendung als Wasserstoffspeicher in der Verkehrstechnik. Metallhydride als Wasserstoffspeicher bieten den Vorteil einer hohen volumenbezogenen Speicherdichte, die noch um 60 % über der von Flüssigwasserstoff bei 20°K liegt und etwa 7 mal höher ist als in Druckgasbehältern bei 200 bar. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch ein hohes Sicherheitspotential aus, weil der Prozeß der Wasserstoffabgabe endotherm ist, der Wasserstoff also nicht unkontrolliert freigesetzt werden kann. Wegen ihrer hohen gewichtsbezogenen Speicherkapazität von bis zu 7,6 Gewichtsprozent Wasserstoff werden Legierungen auf Magnesiumbasis favorisiert. Durch die neue hochenergiegemahlene nanokristalline Mikrostruktur wird ein technologischer Durchbruch hinsichtlich der Reaktionskinetik der Wasserstoffaufnahme und -abgabe erzielt. Während zur Beladung einer konventionellen Legierung mehrere Stunden erforderlich sind, kann das nanokristalline Material in wenigen Minuten be- oder entladen werden. Aufgrund der ausgezeichneten Kinetik sind nanostrukturierte Hydride auch für wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien interessant, weil so höhere Leistungsdichten erreicht werden.

Das Projekt ‚Cryoplane’ erlebt ab 2000 eine Renaissance, als mit Unterstützung der EU die EADS Airbus GmbH gemeinsam mit 34 weiteren Partnern die Studie fortführt, einen Fairshild-Dornier Do 328 Jet auf den Betrieb mit flüssigem Wasserstoff umzustellen. Außerdem dürfen die Grafiker auch Bilder zukünftiger Airbus-H2-Maschinen malen, deren Umsetzung jedoch eher unwahrscheinlich ist (Stand 2006).

Im September 2000 findet in München die erste internationale Weltwasserstoffkonferenz Hyforum 2000 statt, an der Organisatoren, Wissenschaftler, Techniker, Politiker und Investoren teilnehmen.

2001 startet BMW mit einer ‚Clean Energy World Tour’ durch verschiedene Städte rund um den Globus. Das Unternehmen hat die Vision, daß es bis 2005 in jeder europäischen Hauptstadt eine Wasserstofftankstelle gibt – und bis 2020 soll sogar ein flächendeckendes Netz in ganz Europa stehen. Gemeinsam mit dem italienischen Energieunternehmen AEM wird in Mailand eine Wasserstofftankstelle errichtet. Und in Partnerschaft mit BP sowie im Rahmen des ‚Zehn-Städte-Wasserstoffprogramms’ der EU beteiligt sich BMW am Bau von weiteren Tankstellen in London, Barcelona, Hamburg und Stuttgart.

2002 stellt DaimlerChrysler mit dem Minivan ‚Natrium’ ein Fahrzeug vor, bei dem Wasserstoff aus Natriumborhydrid an Bord erzeugt wird. Allerdings liegt das Projekt auf Eis, unter anderem deshalb, weil bisher eine geeignete Infrastruktur für die Aufbereitung der Ausgangsstoffe fehlt.

Nachdem 2002 die in die der Usedomer Straße in Berlin-Wedding die erste Berliner nichtöffentliche Wasserstofftankstelle eröffnet hat, die von der BVG zusammen mit der TOTAL Deutschland GmbH – Tochter des französischen TotalFinaElf-Mineralölkonzerns – betrieben wird, beschließt man Ende 2003 die Erweiterung der Anlage. Außerdem wird der Betriebsdruck von 200 Bar auf 450 Bar aufgerüstet, um künftig auch Busse der Berliner Verkehrsbetriebe betanken zu können. An der Tankstelle kann Wasserstoff sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Form getankt werden. Als Vorreiter in der Wasserstofftechnik hat TOTAL die bestehende Wasserstofftankstelle einer Sicherheitszertifizierung nach dem internationalen Sicherheitsstandard ISSSRS unterzogen, womit bereits in der frühen Pilotphase Standards für die Sicherheit an den Tankstellen der Zukunft gesetzt werden.

Nach rund zehnjähriger Entwicklungsphase stellt der Kfz-Meister Josef Zeitler aus dem oberpfälzischen Speinshart auf der Hannover-Messe im April 2003 den weltweit ersten serienreifen 2-Takt-Wasserstoff-Motorroller vor. Das Zweirad mit dem Namen AQWON ist TÜV-zugelassen. Der Antrieb besteht aus einen umgebauten 50 ccm-Mopedmotor mit Direkteinspritzung. Als Wasserstoff-Speicher dient ein Niederdruck-Metallhydridtank, dessen Kapazität eine Reichweite von 100 km ermöglicht und der auch von Laien in drei bis vier Minuten aufgetankt werden kann. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 50 km/h, die Leistung liegt bei 2,6 kW / 3,5 PS. Mit einem Preis von etwa 5.600 €, geringem Wartungsbedarf und völliger Emissionsfreiheit soll das Fahrzeug konkurrenzfähig sein. Nach einem Motorradunfall erliegt Josef Zeitler am 20. Juli 2003 seinen Verletzungen.

Auf der Messe stellt das GKSS-Forschungszentrums Geesthacht einen Leichtmetallhydrid-Speicher vor, der mit feingemahlenem nanokristallinen Magnesium arbeitet, und nicht nur den Tankvorgang von Stunden auf wenige Minuten reduziert, sondern auch die Speicherung erheblich größerer Wasserstoffmengen zuläßt.

Die Messebesucher können in diesem Jahr auch erstmals mit den drei neuen Wasserstoff-Bussen der Hamburger Hochbahn von der Messe zu einer Wasserstoff-Tankstelle zu fahren. Die Busse, die sonst durch die Hamburger Innenstadt pendeln, werden im Rahmen des von der EU geförderten CUTE-Projektes (Clean Urban Transport for Europe) versuchsweise in Hamburg und anderen europäischen Städten eingesetzt. Sie sind fünfmal teurer als normale Busse. Der benötigte Wasserstoff wird aus Strom erzeugt und kostet nach Angaben der städtischen Betreiber mindestens zehnmal mehr als Diesel.

Ende April 2004 nehmen die Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) den ersten mit Wasserstoff betriebenen Bus in Betrieb. Der neue MAN-Bus der BVG verfügt über einen Wasserstoffverbrennungsmotor, der bereits heute alle bekannten zukünftigen EU-Abgasgrenzwerte erheblich unterschreitet. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Dieselbussen befindet sich beim Wasserstoffbus der Tank auf dem Dach. Die dort untergebrachten Wasserstoffdruckgasflaschen entsprechen den höchsten Sicherheitsauflagen, so daß dieser Bus mit herkömmlichem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen gleichgesetzt ist. In der Praxis bedeutet dies, daß er nicht im Freien stehen muß, sondern wie herkömmliche Fahrzeuge in einer entsprechenden Halle abgestellt werden kann. Der Praxistest auf Berlins Straßen läuft bis Juni 2004, danach geht das Fahrzeug zur Überprüfung und Umbau an den Hersteller zurück und kommt im Herbst zu einem zweiten Testeinsatz nach Berlin zurück. Der 500.000 € teure Bus hat einen 140 kW Motor, einen 1.600 l Tank auf dem Dach, der ihm 200 km Reichweite erlaubt, und wird auf wechselnden Linien eingesetzt, und um den besonderen Test-Charakter deutlich zu machen, wird für die Mitfahrt kein Fahrgeld erhoben.

2004 stellt sich Bundeskanzler Gerhard Schröder einen A-Klasse-Mercedes mit Wasserstoffantrieb in die Garage und schwärmt von dieser ‚Zukunftsenergie’. Damit folgt der Autokanzler seinem japanischen Kollegen Koizumi, der schon 2002 strahlend die vergoldeten Schlüssel für zwei Wasserstoffautos von Honda und Toyota überreicht bekam.

Die erste öffentliche Wasserstoff-Tankstelle in Berlin entsteht am Messedamm und wird von der Aral AG betrieben. Ab Ende 2004 werden die Fahrzeuge mit Wasserstoff in kälte-verflüssigter Form oder als Druckgas betankt; die Station bietet allerdings auch normales Benzin und Biokraftstoffe an. Gefördert von der Bundesregierung, läuft das Projekt im Rahmen der Clean Energy Partnership (CEP), der Unternehmen wie Aral, BMW, die Berliner Verkehrsbetriebe (BVG), DaimlerChrysler, Ford, GM/Opel, Hydro/GHW, Linde und Vattenfall Europe angehören. Im Rahmen dieser Partnerschaft geht es primär darum, daß die Firmen ihre neu entwickelte Techniken im Rahmen eines großen Praxistests auf deren Alltagstauglichkeit überprüfen.

Inzwischen herrscht allerdings Katerstimmung in der Branche. Die Zahl der Aussteller auf der alljährlichen Messe in Hamburg, der H2-Expo, sinkt von 118 im Jahr 2002 auf 45 in 2003 – und 2004 kommen sogar nur gerade einmal 30.

2004 gibt es in Deutschland folgende Wasserstoff-Fahrzeuge auf dem Markt (nach Erscheinungsjahr geordnet):

(*) Der von Mazda entwickelte bivalente Kreiskolbenmotor (Wankelmotor) RENESIS Hydrogen mit Wasserstoff-Direkteinspritzung bietet speziell beim Betrieb mit Wasserstoff zusätzliche Vorteile: Da der Verdichtungs- und der Verbrennungsvorgang räumlich getrennt in unterschiedlichen Kammern ablaufen, kann es nicht wie beim Hubkolbenmotor zu spontanen Verbrennungen von Wasserstoffgas an noch heißen Teilen kommen. Auch die getrennte Anordnung von Zündkerzen und Einspritzdüsen ist vorteilhaft: Da Wasserstoffgas eine sehr geringe Dichte hat, spritzen beim RENESIS Motor gleich 2 Einspritzdüsen Wasserstoffgas ein, um auf das für die Verbrennung optimale Wasserstoff-Volumen zu kommen. Bei normalen Hubkolbenmotor wäre dies alleine aus Platzgründen kaum möglich.

An der Heerstraße in Berlin-Spandau entsteht 2005 eine weitere öffentliche Tankstelle der TOTAL, an der neben Benzin und Diesel auch alternative Kraftstoffe wie Flüssiggas und Wasserstoff getankt werden können. Die ehemaligen Aktivitäten aus der Tankstelle Usedomer Straße werden auf die neue Station übertragen. Schon Ende 2003 entstand auch am Messedamm in Berlin eine Wasserstoff-Tankstelle, die von der Aral AG betrieben wird, und wo ab Ende 2004 die ersten Fahrzeuge mit Wasserstoff in kälteverflüssigter Form oder als Druckgas betankt werden. Gefördert von der Bundesregierung, läuft das Projekt im Rahmen der Clean Energie Partnership (CEP), der Unternehmen wie Aral, BMW, Berliner Verkehrsbetriebe (BVG), DaimlerChrysler, Ford, GM/Opel, Hydro/GHW, Linde und Vattenfall Europe angehören (s.a. USA). Im Rahmen dieser Partnerschaft geht es darum, dass die Firmen ihre neu entwickelte Technik (Fahrzeuge, Energie-Anlagen) im Rahmen eines großen Praxistests auf deren Alltagstauglichkeit überprüfen. Im Berliner Wedding gibt es außerdem seit 2005 eine nichtöffentliche Wasserstoff-Tankstelle der BVG, die zusammen mit der Deutschland-Tochter des französischen Mineralölkonzerns TotalFinaElf betrieben wird.

Bei der Eröffnung einer weiteren öffentlichen Wasserstoff-Tankstelle in Berlin stellt Bundesverkehrsminister Wolfgang Tiefensee im März 2006 das neue Innovationsprogramm der Bundesregierung vor. In den nächsten zehn Jahren soll die Wasserstofftechnologie für Autos nun mit 50 Mio. € pro Jahr vorangetrieben werden. Außerdem soll die Hauptstadt mit Hilfe ihrer Verkehrsbetriebe (BVG) zur europäischen Metropole für diese Antriebstechnologie werden. Bis 2007 werden hierfür 14 Wasserstoff-Linienbusse angeschafft. Das Projekt ist ebenfalls Teil der vom Bund geförderten Clean Energy Partnership (CEP).

BMW kündigt zu diesem Zeitpunkt an, bis 2008 eine Kleinserie von 100 Limousinen der 7er-Baureihe aufzulegen, die bivalent mit Wasserstoff oder mit Benzin fahren können. Eine Füllung der speziellen Thermotanks für flüssigen Wasserstoff von minus 253°C soll für etwa 200 bis 300 km reichen. Wenn keine Wasserstoff-Zapfsäule in Sicht ist, fährt das Auto mit Benzin weiter, was die Reichweite um weitere 500 km erhöht. Wesentlich ist hier, daß bei diesen Fahrzeugen, die nicht verkauft, sondern nur verleast werden sollen, der Wasserstoff direkt in den Verbrennungsmotor geleitet und – wie Benzin auch – in dessen Zylindern verfeuert wird. Die ersten Serien-7er werden voraussichtlich mit einem sechs Liter großen Zwölfzylindermotor bestückt sein, dessen Leistung im Wasserstoffbetrieb von 444 auf 260 PS sinkt. Damit schafft der Wagen aber immer noch 230 km/h statt den sonst erreichbaren 250 km/h. Seine Weltpremiere feiert der BMW ‚Hydrogen 7’ dann auf der Autoshow in Los Angeles Ende November 2006. Neu an diesem Fahrzeug ist, daß es als weltweit erstes seiner Art einen ganz normalen Serienentwicklungsprozeß durchlaufen hat.

Wie auch die meisten Erdgasfahrzeuge ist der Wagen bivalent ausgelegt, und der Antrieb schaltet auf Tastendruck von Wasserstoff auf Superbenzin um. Im reinen Wasserstoffbetrieb schafft die Limousine 200 km, im bivalenten Betrieb 700 km Reichweite. Die 8 kg flüssigen Wasserstoff bei einer Temperatur von Minus 250°C befinden sich in einen doppelwandigen Tank, dessen Wände zwar aus jeweils nur 2 mm dünnem Edelstahl hergestellt werden, doch dazwischen befindet eine 30 mm dicke Spezialschicht, die so gut isoliert wie 17 m Styropor.

Ein solcher Motor mit sechs Litern Hubraum und einer Leistung von 285 PS steckte auch im Rekordfahrzeug ‚H2R’, einem Einsitzer im Astronauten-Look, mit dem BMW im Herbst 2004 im französischen Miramas neun Weltrekorde für Wasserstoff-Fahrzeuge aufstellte, u.a. für eine Höchstgeschwindigkeit von 302,4 km/h. Der aerodynamische Körper des ,H2R’ wurde in den Studios der BMW Gruppe Designworks in Newbury Park, Kalifornien, entwickelt.

Zwei Monate später gibt die Bundesregierung auf dem Kongress hydrogen.tech der TÜV Süd Automotive GmbH am Münchner Flughafen ein nationales Investitionsprogramm bekannt, bei dem weitere 500 Mio. € aus der Wirtschaft kommen. Betont wird besonders, daß das Geld nicht nach dem Gießkannenprinzip verteilt, sondern in Cluster mit hohem Know-how investiert werden soll. Unternehmen, die mit der Wasserstoff-Technologie schon Erfahrungen gesammelt hätten, haben wieder einmal die besseren Chancen.

Beim Internationalen Motoren-Symposium in Wien im Mai 2006 stellt die Hybrid-Allianz von GM, Daimler-Chrysler und BMW ein gemeinsam fertig entwickeltes Vollhybrid-System vor, das nach Auskunft der drei Hersteller Anfang nächsten Jahres in die Produktion gehen soll. Kernstück der Entwicklungsarbeit ist das stufenlose, elektrisch gesteuerte EVT-Getriebe, das für zwei Betriebsarten optimiert ist und darüber hinaus über vier zusätzliche Gänge mit festem Übersetzungsverhältnis verfügt, welche die beiden EVT-Betriebsarten überlagern, womit insgesamt sechs Getriebe-Betriebsarten zur Verfügung stehen. Die neue Hybridtechnik soll sich durch geringen Kraftstoffverbrauch und eine außergewöhnliche Leistungs- und Beladefähigkeit auszeichnen. Für die Umsetzung denken die Entwickler an die für die USA typischen Trucks – große und schwere SUVs. GM will wird das neue Hybridsystem zuerst im ‚Chevrolet Tahoe’ und ‚GMC Yukon’ einsetzen, bei Daimler-Chrysler ist eine Premiere der Technik im SUV-Modell ‚Dodge Durango’ geplant.

Gleichzeitig verlautet, daß d as erste Hybridauto von VW ab 2008 in China vom Band rollen soll. Es soll aber nicht nach Europa exportiert, sondern nur auf Märkten in Fernost angeboten werden.

Mitte 2006 gibt es in Deutschland erst etwa ein halbes Dutzend öffentlich zugänglicher Wasserstoff-Zapfsäulen. Die Linde AG beginnt daher mit der Arbeit an einen Straßennetz zwischen Berlin, Leipzig, München, Stuttgart and Köln von etwa 1.800 km Länge, das innerhalb der kommenden fünf Jahre mit Wasserstofftankstallen in Abständen von 50 km ausgestattet werden soll. Damit soll die weltweit längste Testsstrecke für Wasserstoff-Fahrzeuge gebaut werden. Die Kosten werden auf etwa 30 Mio. € geschätzt. In einer zweiten Stufe soll das Netz dann auf andere EU-Länder erweitert werden.

Am 1. November 2006 startet das von der Europäischen Union mit 2,5 Mio. € geförderte Marie Curie Forschungs- und Ausbildungsnetzwerk COSY (Complex Solid State Reactions for Energy Efficient Hydrogen Storage), bei dem neuartige reaktive Leichtmetall-Hydrid-Komposite zur effektiveren Wasserstoffspeicherung entwickelt werden sollen. Leichtmetall-Hydride sind feste Materialien, die Wasserstoff-Atome mit hoher Speicherdichte chemisch binden und bei Erwärmung wieder abgeben. Das GKSS-Forschungszentrum Geesthacht koordiniert die Zusammenarbeit der 13 beteiligten Forschungseinrichtungen aus sieben europäischen Ländern während der vierjährigen Projektlaufzeit. Neben der Forschung sind die Aus- und Weiterbildung und der europäische Austausch von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zentrale Bestandteile von COSY.

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