Eine technologische Innovation aus dem Jahr 1966 erlangt mehr als 50 Jahre später endlich breite Aufmerksamkeit. Brennstoffzellenfahrzeuge , besser bekannt als FCVs oder FCEVs, sind wasserstoffbetriebene Fahrzeuge, die eine Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor darstellen und im Vergleich zu fossilen Brennstoffen erhebliche Umweltvorteile bieten.
FCEVs können verwirrend sein. Sind sie vollelektrisch? Verbrennen sie Wasserstoff wie ein Verbrennungsmotor Gas? Und was sind die Vor- und Nachteile von Brennstoffzellenfahrzeugen? Folgendes sollten Sie wissen:
Antrieb durch Elektromotoren
Wie die heute so häufig diskutierten Elektroautos verfügen FCEVs über Elektromotoren, die das Auto antreiben. Jeder Autohersteller hat sein eigenes Design für die Position des Elektromotors, und genau wie bei batterieelektrischen Fahrzeugen besteht die Möglichkeit, an jedem Antriebsrad einen elektrischen Traktionsmotor anzubringen, sei es für Vorderradantrieb, Hinterradantrieb oder alle -Radantriebsbetrieb.
Aktuell liegt der Fokus der meisten der wenigen in Produktion, Entwicklung oder Konzeptphase befindlichen Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) primär auf Effizienz und weniger auf hoher Leistung. Mit einer relativ geringen Menge Wasserstoff an Bord erreichen Pkw-FCEVs eine Reichweite von bis zu 845 Meilen [JU2] , wobei die durchschnittliche Reichweite bei etwa 300 bis 400 Meilen liegt. Fernverkehrs-Lkw können deutlich größere Strecken zurücklegen – bis zu etwa 900 Meilen.
Erzeugt seinen eigenen Strom
Der große Unterschied zwischen BEVs und FCEVs besteht darin, wie die Elektromotoren angetrieben werden. Bei BEVs wird eine große, schwere Batterie durch den Anschluss an das Netz aufgeladen. Während der Fahrt entlädt sich die Batterieladung und muss zum „Auftanken“ an eine Stromquelle angeschlossen werden. Eine der Herausforderungen eines BEV ist die Menge an Energie, die benötigt wird, um das zusätzliche Gewicht des Batteriepakets zu überwinden, und in einigen Fällen kann es fast 3,000 Pfund betragen.
Ein FCEV treibt die Elektromotoren auf andere Weise an. Ein Brennstoffzellenstapel erzeugt bei Bedarf seinen eigenen Strom, um das Fahrzeug über die Elektromotoren anzutreiben. Es nutzt eine Kombination aus Wasserstoff und Sauerstoff in der Luft, um Strom zu erzeugen. Der Prozess ist ziemlich einfach:
- Großraumtanks speichern komprimierten Wasserstoff an Bord, ähnlich wie ein Kraftstofftank Benzin oder Diesel lagern würde.
- Im Brennstoffstapel sind Wasserstoffprotonen klein genug, um durch die Brennstoffzellenmembran zu filtern und sie von den negativ geladenen Elektronen zu trennen.
- Die Protonen verbinden sich mit Sauerstoff und erzeugen reines Wasser, das ausgestoßen wird.
- Die Elektronen erzeugen weiterhin einen elektrischen Strom.
- Der Strom treibt den Elektromotor sowie die zum Betrieb des Fahrzeugs erforderlichen Bordsysteme an.
Um einen kontinuierlichen elektrischen Strom zu erzeugen, der das Auto betreiben kann, ist eine sehr kleine Menge Wasserstoff erforderlich, was bedeutet, dass der „Kraftstoff“, den es transportieren muss, nur einen Bruchteil der Masse des Batteriepakets eines Elektrofahrzeugs ausmacht.
Ist in einem FCEV gespeicherter Strom vorhanden?
Da ein Brennstoffzellenfahrzeug die Energie, die es benötigt, bei Bedarf erzeugt, ist dann eine Batterie erforderlich, um Energie zu speichern, wie dies bei einem Elektrofahrzeug der Fall ist? Es kommt auf den Hersteller an. Obwohl ausgewählte FCVs ausschließlich mit bedarfsgesteuertem Strom betrieben werden, verfügen die meisten anderen über einen zusätzlichen Batteriesatz für Situationen mit hohem Bedarf oder als Reserveenergie, wenn den Brennstoffzellen der Wasserstoff ausgeht.
Natürlich ist der Batteriesatz in einem FCV viel kleiner, da er nicht die Hauptenergiequelle ist. Sie können damit rechnen, dass sie etwa 5 bis 10 % der Kapazität und des Gewichts einer typischen EV-Batterie ausmacht und viel weniger Platz im Gehäuse einnimmt.
Zusammen mit dem Batteriepaket betreibt eine separate 12-Volt-Batterie einen Großteil der Karosserie- und Sicherheitssysteme des Fahrzeugs und spiegelt damit das Design eines Elektrofahrzeugs wider. Ein DC-DC-Wandler hält die 12-Volt-Batterie voll geladen. Neben der Stromversorgung von Zubehörsystemen dient die 12-Volt-Batterie auch zum Starten des Fahrzeugs und leitet den Prozess des Brennstoffzellenstapels ein.
Sind wasserstoffbetriebene Autos die Zukunft des Fahrens?
Wenn Brennstoffzellenfahrzeuge schon seit den 1960er-Jahren existieren, warum hat es dann so lange gedauert, bis sie sich durchgesetzt haben? Könnte sie wirklich die Zukunft des Automobils sein? Man sollte bedenken, dass es Elektroautos schon vor dem 19. Jahrhundert gab und sie erst im letzten Jahrzehnt wirklich breite Akzeptanz gefunden haben. Ob Brennstoffzellenfahrzeuge jemals eine ähnliche Verbreitung erreichen werden, ist jedoch ungewiss. Es gibt Herausforderungen, die sowohl die Entwicklung als auch die öffentliche Wahrnehmung der Wasserstofftechnologie behindern.
Erstens gibt es Sicherheitsbedenken. Bei jeder neuen Technologie besteht Skepsis hinsichtlich der Sicherheit von Wasserstoff in Fahrzeugen, die weit über 60 Meilen pro Stunde fahren können. Besonders beim Wasserstoff kann sich die Hindenburg-Katastrophe bei manchen Menschen in den Sinn bringen. Obwohl Wasserstoff brennbar ist, ist er 16-mal leichter als Luft, sodass sich das Gas fast augenblicklich in die Luft verflüchtigen würde, wenn die Kraftstofftanks jemals beschädigt würden.
Die andere Hürde, die es zu überwinden gilt, ist die Verteilung. Derzeit gibt es landesweit weniger als fünf Dutzend Wasserstofftankstellen, verglichen mit mehr als 6,600 Gleichstrom-Schnellladestationen für Elektroautos und noch viel mehr für fossile Brennstoffe. Um Wasserstoffenergie nutzbar zu machen, muss ein Verteilungsnetz entwickelt werden.
Die dritte Herausforderung besteht darin, Wasserstoff als Kraftstoff herzustellen. Die Herstellung von Wasserstoffkraftstoff ist kostspielig, obwohl Forscher ständig nach Möglichkeiten suchen, dies einfacher zu machen. Bei der Abspaltung von Wasserstoff aus Sauerstoffmolekülen im Wasser sind Durchbrüche erzielt worden, aber die Skalierung, um ausreichend für ein nationales oder internationales Netzwerk zu produzieren, wird Zeit und Ressourcen erfordern.
Fazit
Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge sind Elektrofahrzeuge, die ihren eigenen Strom erzeugen, anstatt riesige Energiemengen in einem Batteriepaket zu speichern. Sie sind innovativ, effizient und sauber, aber ihre Einführung birgt Herausforderungen. Ob sie zu einer tragenden Säule in der Automobil- und Transportindustrie werden, bleibt abzuwarten, aber sie könnten einige der Probleme lösen, die BEVs aufgrund der Materialknappheit und des Energieverbrauchs bei der Herstellung von Batterien mit sich bringen.