Opel HydroGen3 fährt jetzt mit einem 700 bar-Drucktank

Der Autokonzern GM hat als erster Hersteller die Straßenzulassung für einen Wasserstoffdrucktank mit 700 bar Druck bekommen. Das Brennstoffzellenauto HydroGen3 auf Basis des Opel Zafira erreicht mit diesem gegenüber den Vorgängermodellen verdoppelten Druck eine Reichweite von 270 Kilometern.

Der Tank setzt sich aus einem größeren und einem kleineren Zylinder zusammen, die dicht nebeneinander unter der Rückbank des Zafira untergebracht sind. Die Zylinder sind dreilagig aufgebaut: Im Innern befindet sich eine nahtlose, Wasserstoff undurchlässige Hülle, die einen Schwund des hochflüchtigen Gases verhindert. Stabilität verleiht dem Zylinder ein Körper aus Kohlefaserverbundmaterial. Eine spezielle, patentierte Schutzwicklung umschließt den Tank und schützt ihn vor äußeren Stößen oder Verletzung durch spitze Gegenstände.

Dieses so genannte TriShield-Konzept haben Opel und GM gemeinsam mit dem Tankhersteller Quantum entwickelt. In zahlreichen Tests hat der Tank, der auf mindestens 45.000 Füllzyklen ausgelegt ist, bereits seine Zuverlässigkeit bewiesen, erläutert Projektingenieur Mirko Schwan. Zum Sicherheitskonzept gehören selbstschließende Leitungen, die im Fall eines Lecks den Gasstrom unterbrechen, Drucksensoren, die Überlastungen erkennen und eine Elektronik, die beim Betanken mit der Steuerung der Zapfsäule kommuniziert und beispielsweise im Fall eines drohenden Überdrucks die Wasserstoffzufuhr abschneidet.

Die dem hohen Fülldruck des Tanks entsprechende Tankstelle hat Opel in Dudenhofen bei Frankfurt erst vor wenigen Wochen in Betrieb genommen: Entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Technologieunternehmen Linde, erreicht sie Fülldrücke von rekordverdächtigen 850 bar. Eine Befüllung des Tanks, der maximal 3,1 Kilogramm Wasserstoff fassen kann, dauert etwa fünf Minuten.

Die Einführung des 700 bar-Tanksystems bedeute für Opel jedoch keine Abkehr vom Flüssigwasserstofftank, den der Konzern in einem ansonsten baugleichen weiteren HydroGen3-Testfahrzeug einsetzt, so Schwan. GM und Opel wollen beide Systeme gleichrangig weiterentwickeln. Vorteil des flüssigen Wasserstoffs ist die bei etwa gleichem Volumen und Gewicht des Tanksystems weitaus größere Reichweite von 400 Kilometern gegenüber den 270 Kilometern des Drucktanks.

Hauptnachteil des flüssigen Wasserstoffs ist der so genannte „Boil Off“-Effekt: Obwohl der doppelwandige Tank durch ein Hochvakuum und mehrere Lagen Aluminiumfolie isoliert ist, kann nicht verhindert werden, dass sich der auf minus 253 Grad abgekühlte Wasserstoff langsam erwärmt und teilweise verdampft. Die Folge ist, dass der Druck im Tank ansteigt, bis der Betriebsdruck überschritten wird und ein Teil des frei gewordenen Gases abgelassen werden muss. Bei langen Standzeiten führt das zu einem erheblichen Schwund. Für Gelegenheitsfahrer sind Flüssigwasserstoffsysteme daher weniger geeignet als Druckgastanks.

Mit dem bereits 2001 vorgestellten HydroGen3 hat Opel ein Brennstoffzellenauto in der Erprobung, das sich äußerlich und auch im Innenraum kaum vom benzin- oder dieselgetriebenen Serienmodell unterscheidet und auch in den Fahrleistungen dem gewohnten Standard entspricht. Der 60 Kilowatt-Elektromotor beschleunigt den Brennstoffzellen-Zafira in 16 Sekunden von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde und bringt ihn auf eine Höchstgeschwindigkeit von 160 Kilometern pro Stunde.

Wichtigstes Ziel der Entwickler ist es nun, die Produktionskosten zu senken. Zielvorgabe ist ein Verkaufspreis, der „nur fünf bis zehn Prozent über dem Dieselmodell liegt“, erläutert Mirko Schwan. Zu den Preistreibern des Brennstoffzellensystems gehört vor allem das als Katalysatormaterial verwendete Platin, dessen schlichter Materialwert die Kosten der Stacks in die Höhe treibt. Rationalisierung und Massenproduktion helfen hier nicht weiter. In den künftigen Systemen soll daher der Platingehalt reduziert werden. Längerfristig hoffe man, auf das Edelmetall ganz verzichten zu können, so Schwan. Auch beim Tanksystem rechnen die Entwickler mit deutlichen Einsparungen. Eine Massenproduktion könne das bislang noch teure Karbonfasermaterial billiger machen.

Mit den zu hohen Kosten begründet Schwan auch, warum er Brennstoffzellenautos mit Methanoltanks langfristig keine Chance gibt. „Die sind aus dem Rennen“, glaubt der Entwickler. Die Brennstoffzellenautos der Zukunft würden schlicht zu teuer, wenn sie neben Tank, Zelle und Steuerung zusätzlich noch mit einem Reformersystem ausgestattet werden müssen. Reformer seien langfristig nur im stationären Betrieb sinnvoll.