2001 erfolgreiches Jahr für Brennstoffzellen-Entwicklung bei Opel

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Auto News: 28. November 2001
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2001 erfolgreiches Jahr für Brennstoffzellen-Entwicklung bei Opel

Photo: Opel/GM

Versuchsträger "HydroGen3" mit kompakterem Antriebssystem
Brennstoffzellen-Zafira "HydroGen1" erzielt internationale Rekorde
Neue Brennstoffzellen-Einheit mit höherer Leistungsdichte vorgestellt

Rüsselsheim - Große Fortschritte auf dem Weg zur Serienreife des Umwelt und Ressourcen schonenden Brennstoffzellen-Antriebs im Automobil erzielten die Entwickler des Global Alternative Propulsion Center (GAPC) von Opel und General Motors im Jahr 2001. Mit dem "HydroGen3" auf Basis des Opel Zafira präsentierten sie im September auf der IAA in Frankfurt einen Versuchsträger mit optimiertem Antriebssystem, das eine besonders kompakte Anordnung der einzelnen Komponenten im Fahrzeug ermöglicht. Wie der ebenfalls auf dem Compact Van Zafira basierende Vorgänger HydroGen1 nutzt der HydroGen3 reinen Wasserstoff als Kraftstoff. Kurz nach der IAA stellten die GAPC-Experten zudem eine neue Brennstoffzellen-Einheit (Stack) vor, die mit ihrer hohen Leistungsdichte von 1,75 kW pro Liter neue Maßstäbe setzt.

Die hohe Kompetenz von Opel und GM auf dem Gebiet des Brennstoffzellen-Antriebs stellte bereits im Frühjahr der "HydroGen1" bei Tests im US-Bundesstaat Arizona unter Beweis, in deren Rahmen insgesamt 15 internationale Rekorde für Brennstoffzellen-Automobile aufgestellt wurden. Und bei der "Michelin Challenge Bibendum", einem internationalen Wettbewerb für umweltverträgliche Fahrzeuge, erreichte der HydroGen1 bei der rund 350 Kilometer langen Fahrt von Los Angeles nach Las Vegas als einziger Brennstoffzellen-Pkw das Ziel.

Brennstoffzellen-Zafira "HydroGen3" weist den Weg zur Serienreife

Primäres Ziel der HydroGen3-Entwicklung war es, die Leistungsfähigkeit und Alltagstauglichkeit des Antriebssystems zu verbessern. Im Rahmen dieser Überarbeitung gelang es den GAPC-Entwicklern, einige im HydroGen1 noch notwendige Komponenten überflüssig zu machen. Als Nebeneffekt reduzierte sich so auch das Fahrzeug-Gewicht weiter in Richtung des angestrebten Zielwertes von 1.590 Kilogramm. Das prominenteste Bauteil, auf das beim HydroGen3 verzichtet werden konnte, ist die Hochleistungs-Pufferbatterie.

Dieser Energiespeicher diente beim Vorgänger noch dazu, Leistungsspitzen des Antriebs abzudecken. Das optimierte Brennstoffzellen-System des HydroGen3 kann den Lastbedarf direkt aus eigener Kraft bereitstellen. Dieser Fortschritt bringt eine Gewichtseinsparung von fast 100 Kilogramm. Weiterer Vorteil: Durch die kompaktere Auslegung des Systems liegt die Höhe des Laderaumbodens im Wasserstoff-Zafira jetzt auf dem Niveau des Serienmodells. Damit steht im HydroGen3 das volle Ladevolumen des Zafira in der Fünfsitzer-Anordnung (600 Liter) zur Verfügung.

Als Energieträger für die Erzeugung von Strom für den Elektro-Motor des Brennstoffzellen-Versuchsträgers dient reiner Wasserstoff. Dieser wird an Bord des HydroGen3 in einem Edelstahl-Tank in flüssiger Form bei einer Temperatur von minus 253 Grad Celsius gespeichert. Ein Hochvakuum zwischen äußerer und innerer Wand sowie zusätzliche Lagen dünner Aluminiumfolie sorgen für bestmögliche Isolierung gegen Wärmeleitung und Wärmestrahlung von außen. Mit einem Volumen von 68 Litern ermöglicht der vor der Hinterachse unter der um 25 Millimeter erhöhten Fondsitzbank platzierte Kraftstofftank eine Reichweite von etwa 400 Kilometern. Der gegenüber dem Vorgänger deutlich kompaktere Stack stellt eine Dauerleistung von 94 kW (bisher: 80 kW) und eine Spitzenleistung von 129 kW (Vorgänger: 120 kW) bereit. Die Brennstoffzellen-Einheit liefert die elektrische Energie für einen Asynchron-Drehstrommotor, der maximal 60 kW/82 PS leistet. Mit seinem effizienten Antrieb beschleunigt der HydroGen3 in rund 16 Sekunden von null auf Tempo 100 und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 150 km/h.

Kompakt und leistungsstark: Die neue Brennstoffzellen-Einheit

Eine noch leistungsfähigere Brennstoffzellen-Einheit präsentierten GM und Opel nur wenige Tage nach dem HydroGen3-Debüt anlässlich einer Technologie-Konferenz in London, Großbritannien. Mit einem Wert von 1,75 kW pro Liter setzt er neue Maßstäbe in Sachen Leistungsdichte. Der Stack nimmt einen Raum von 819 x 140 x 508 Millimetern ein (58 Liter), wiegt 82 Kilogramm und liefert eine kontinuierlich zur Verfügung stehende elektrische Leistung von 102 kW. Darüber hinaus deckt der Block bei Bedarf auch höhere Leistungsspitzen ab: Falls nötig, stehen kurzfristig - wie beim HydroGen3 - bis zu 129 kW zur Verfügung.

Wie in der Brennstoffzellen-Einheit des Opel-Versuchsträgers kommen auch im Stack der neuesten Generation die Membranen der einzelnen Zellen bei der Erfüllung ihrer Elektrolytfunktion zur Stromerzeugung ohne externe Befeuchtungseinrichtungen aus. Die leistungsstarke Brennstoffzellen-Einheit zeichnet sich - wie ihre Vorgänger - durch ein gutes Kaltstartverhalten aus: Bei einer Temperatur von minus 20 Grad Celsius steht die volle Leistung bereits nach 30 Sekunden zur Verfügung - ein wichtiger Faktor im Hinblick auf die Alltagstauglichkeit der Brennstoffzellen-Technologie im Automobil.

HydroGen1 auch unter härtesten Bedingungen standfest

Dass bereits der HydroGen1 ein hohes Niveau technischer Entwicklung repräsentiert, bewies er im Mai 2001 im Rahmen eines Dauerlauf-Testprogramms auf dem GM-Prüfgelände "Mesa" im US-Bundesstaat Arizona. Trotz der extremen Hitzebedingungen in der Wüste gelang es bei den Versuchsfahrten, insgesamt 15 neue internationale Bestmarken für Brennstoffzellen-Fahrzeuge über die Distanz (1 Kilometer/1 Meile aus dem Stand und mit fahrendem Start, 10/100/ 500/1.000 Kilometer sowie 10/100/500 Meilen) und über die Zeit (1/6/12/24 Stunden) aufzustellen. Der Versuchsträger legte beim 24-Stunden-Testmarathon insgesamt 1.386,906 Kilometer mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 57,79 km/h zurück. Bei den Rekordfahrten wurden Lufttemperaturen von 35 Grad Celsius im Schatten gemessen, auf dem Asphalt zeigten die Thermometer bis zu 65 Grad Celsius an. Im Oktober stellte der HydroGen1 sein Potenzial ebenfalls bei der "Michelin Challenge Bibendum 2001" in Kalifornien unter Beweis, einem internationalen Wettbewerb für umweltverträgliche Fahrzeuge. Im starken Feld mit Konkurrenten von fast allen europäischen, amerikanischen und japanischen Herstellern erreichte der Opel-Versuchsträger bei einer rund 350 Kilometer langen Fahrt von Los Angeles nach Las Vegas als einziger Brennstoffzellen-Pkw das Ziel. Auf der Strecke war eine Höhendifferenz von 1.350 Metern zu bewältigen, die Außentemperaturen betrugen bis zu 32 Grad Celsius. In verschiedenen Einzeldisziplinen auf dem "California Speedway" bei Los Angeles überzeugte der HydroGen1 insbesondere in den Punkten Schadstoff- und Geräuschemissionen sowie Handling. Für die gelungene Integration des Brennstoffzellen-Systems ins Fahrzeug wurde der Wasserstoff-Zafira zudem mit einem "Bibendum-Design-Award" ausgezeichnet.

Onboard-Benzin-Reformierung als Zwischenlösung

Bis langfristig eine Infrastruktur für Wasserstoff zur Verfügung steht, betrachten Opel und GM die Onboard-Benzin-Reformierung - das Herauslösen von Wasserstoff aus Benzin an Bord des Brennstoffzellen-Automobils - als Überbrückungsstrategie. Im August 2001 präsentierten die GAPC-Entwickler einen Versuchsträger auf Basis des Chevrolet-Pickup S10 mit dem weltweit ersten Benzin-Reformer an Bord eines Fahrzeugs.

Zusätzlichen Schub bekommt die Entwicklung der Brennstoffzellen-Technologie bei Opel durch die Zusammenarbeit mit einer Reihe von Partnerunternehmen. Seit 1999 kooperieren General Motors und Opel auf diesem Gebiet eng mit Toyota. 2001 vereinbarte GM unter anderem eine Allianz mit dem japanischen Automobilhersteller Suzuki. Gegenstand ist die Anwendung der Zukunftstechnologie in Kleinwagen. Weitere Forschungskooperationen wurden mit der kanadischen Hydrogenics Corporation (Toronto) und dem US-amerikanischen Spezialunternehmen Giner Inc. (Newton, Massachusettes) geschlossen. Die Zusammenarbeit mit Hydrogenics betrifft neben der Entwicklung auch die Vermarktung von Brennstoffzellen-Systemen. Der Fokus der Allianz mit Giner liegt auf Betankungssystemen für Wasserstoff und stationären Brennstoffzellen-Anwendungen zur Energiegewinnung. Ein Bündnis mit Quantum Technologies (Irvine, Kalifornien) fördert die Entwicklung von Speichersystemen für Wasserstoff.

(27. Nov. 2001)

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