Vom Raketentreibstoff zu sauberen Autos

Autoroute_M25
6 November 2012

Das österreichische Unternehmen MagnaSteyr nutzt eine für die Ariane-Trägerrakete entwickelte Technologie, um saubere Autos zu bauen, die mit Wasserstoff anstatt Benzin fahren.

Wasserstoff ist das kleinste Molekül im Universum, wodurch es sehr, sehr schwer zu lagern ist. Um das enorme Potential als Treibstoff nutzen zu können, müssen Raumfahrzeuge in der Lage sein, flüssigen Wasserstoff unter extrem niedrigen Temperaturen zu lagern und ihn dann vorsichtig den Raketenmotoren zuzuführen.

Ariane flight VA209 in the launch zone
Ariane 5

Als die ESA ihre mit Wasserstoff betriebenen Ariane-Raketen entwickelte, wandte sie sich an die österreichische Firma MagnaSteyr und beauftragte sie, hochdichte Treibstoffleitungen und doppelwandige Lagertanks zu bauen, die flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff leiten und lagern können.

„Dies korrekt umzusetzen ist eine technische Herausforderung“, sagt Gerald Pöllmann, Leiter des Wasserstoff-Kompetenzzentrums von MagnaSteyr.

„Die Toleranzen sind sehr eng, die Dichtungen müssen dicht sein, das Material darf keine Risse haben und es darf keine Verdunstung durch das Material hindurch stattfinden.“

Zusammenarbeit mit der ESA

Fuelling tube system for Ariane 5 upper stage ECS-A
Ariane 5 Treibstoffleitung

„Das durch die Zusammenarbeit mit der ESA an der Entwicklung der Wasserstoff-Lagerung erworbene Fachwissen verhalf MagnaSteyr zu einem großen Erfahrungsschatz“, sagte Andrea Kurz von Brimatec, dem österreichischen Partner des ESA-Technologietransferprogramms.

„Dadurch konnte das Unternehmen einen neuen Geschäftsbereich erobern. MagnaSteyr wendet dieselbe Technologie bei einem völlig andersartigen Hochleistungstriebwerk an, das für die Autobahn und nicht für den Weltraum gebaut wurde.“

MagnaSteyr arbeitete mit dem deutschen Autobauer BMW zusammen, um Wasserstofftanks zu entwickeln, die klein genug sind, um in den Kofferraum einer BMW 7er Limousine zu passen.

Das Pilotprojekt führte 2007 zum erfolgreichen Bau eines Serienfahrzeugs, das mit Wasserstoff fährt: der BMW Hydrogen 7.

Tanks aus der Raumfahrttechnik für ultra-sauberes Autofahren

Liquid hydrogen highly insulated fuel tanks for BMW Hydrogen 7
Wasserstofftank

Durch die jahrelange Arbeit an Ariane-Raketen erlangte MagnaSteyr wichtiges Know-How, so Gerald Pöllmann: „Wir nutzten die Erfahrung mit der Entwicklung von Komponenten für die Wasserstoff-Technologie, um sie in diesem BMW-Tank umzusetzen.

Dies war eine maßgebliche technische Errungenschaft. Jahrzehntelang haben Hersteller versucht herauszufinden, wie man Wasserstoff zum Betrieb von Autos nutzen kann.

Dieses Element ist reichlich vorhanden, verbrennt sauber und ist somit als grüne Energiequelle enorm vielversprechend.

Mit flüssigem Wasserstoff betriebener Motor

„Wasserstoff ist der sauberste verfügbare Treibstoff“, sagt Pöllmann. „Es ist eine sehr zukunftsorientierte Möglichkeit, schadstofffrei Energie zu erzeugen.“ Das Einzige, was bei einem mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeug als Emission aus dem Auspuff herauskommt, ist Wasserdampf.

Die Herausforderung für die Autobauer besteht darin herauszufinden, wie man davon Gebrauch machen kann. Um Wasserstoff als Flüssigkeit zu lagern, muss man ihn bei einer Temperatur von -253°C halten, was normalerweise ständiges Kühlen erfordert.

Die BMW Hydrogen 7 Fahrzeuge dagegen fassen 114 Liter des flüssigen Wasserstoffs in hochisolierten Treibstofftanks. Durch das hohe Isolationsvermögen, das dem von 17 Meter Styropor entspricht, hält die Isolierung der Tanks den Wasserstoff fast zwei Wochen lang kalt.

100 BMW Hydrogen 7 gebaut

BMW Hydrogen 7 at TED2007
BMW Hydrogen 7

BMW hat schließlich 100 der Wasserstoff-Autos gebaut, die auch mit normalem Benzin fahren. Die Luxuslimousinen werden noch immer als VIP-Shuttles für besondere Veranstaltungen genutzt.

„Wir haben mit diesen Autos viel gelernt“, sagt BMW-Sprecher Ralph Huber. „Wir sind mehrere Millionen Kilometer mit ihnen gefahren“.

Auch wenn mit dem Projekt bewiesen ist, dass man flüssigen Wasserstoff als fast schadstofffreien Treibstoff für Autos einsetzen kann, wurden auch Grenzen aufgezeigt, für die technische Lösungen gefunden werden müssen, bevor man Wasserstoff-Autos im normalen Straßenverkehr sehen kann.

Eine Einschränkung ist, dass der sich erwärmende Wasserstoff in den gasförmigen Zustand übergeht und langsam verdunstet. Würde man sein Fahrzeug beispielsweise zwei Wochen lang am Flughafen parken, fände man es bei der Rückkehr mit leerem Tank vor.

Wasserstoff tanken

Flüssigen Wasserstoff findet man nicht einfach an jeder Tankstelle: Auf der ganzen Welt gibt es weniger als zehn Zapfsäulen, die so ein Fahrzeug betanken könnten.

Die Fahrzeughersteller arbeiten auch an Brennstoffzellen, welche aus Wasserstoff elektrischen Strom erzeugen. Sie sind einfacher zu handhaben als flüssiger Wasserstoff, dafür aber nicht so effizient. Dennoch muss flüssiger Wasserstoff gelagert werden und die „Raumfahrt-Tanks“ von MagnaSteyr sind ein erster Schritt in diese Richtung.

Wie auch immer es aussehen mag, Ralph Huber von BMW ist sich sicher, dass „Wasserstoff langfristig eine unserer Lösungen für nachhaltige Mobilität sein wird“.

Weitere Informationen:

ESA’s Technology Transfer Programme Office
European Space Agency
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Tel: +31 71 565 6208
Email: ttp@esa.int
Web: www.esa.int/ttp

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