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E-Bio-Brennstoffzelle: Wasserstoffantrieb mit Ethanol

Aus Ethanol wird Wasserstoff wird Strom

Constantin Bergander

verfasst am Wed Jun 15 16:40:05 CEST 2016

Nissan will Elektroautos zukünftig mit Ethanol betanken: Die „E-Bio-Brennstoffzelle“ verwandelt Alkohol in Strom. Wie das genau funktioniert, lest Ihr hier.

Einfaches Prinzip: Aus Ethanol wird Wasserstoff wird Strom für den E-Motor
Quelle: Nissan

Köln – Die Nachteile der Elektromobilität sind bekannt. Schwere und teure Akkus, kurze Reichweite, Laden dauert länger als Tanken. Brennstoffzellen könnten helfen, doch die Infrastruktur fehlt. Wer weit fahren und schnell auffüllen möchte, dem bleibt aktuell nur der Verbrenner – optional mit Elektro-Unterstützung.

Nissan plant eine Alternative. Eine, die auch ohne eine teuer ausgebaute Infrastruktur und damit in Schwellenländern funktionieren könnte: Die so genannte „E-Bio-Brennstoffzelle“ wandelt ein Wasser-Ethanol-Gemisch „unter anderem“ in Wasserstoff um. Aus Wasserstoff entsteht Strom, Strom lädt eine Batterie und treibt den Elektromotor an.

Das Ethanol-Brennstoffzellen-Auto von Nissan

Nissans Konzept beinhaltet eine sogenannte Festoxid-Brennstoffzelle. Diese spezielle Form der Brennstoffzelle besteht ausschließlich aus festen Werkstoffen und arbeitet bei Temperaturen von 700 bis 750 Grad Celsius. Abgesehen von Materialien und Temperatur ähnelt sie anderen Formen der Brennstoffzelle.

Noch ein Prototyp: Dieses Gerät soll bald in Autos Ethanol in Wasserstoff und Wasserstoff in Strom umwandeln
Quelle: Nissan
Eine "herkömmliche" Brennstoffzelle wie im Toyota Mirai funktioniert grob gesagt so: Aus Wasserstoff und Sauerstoff entstehen Wasser und Strom. Eine detaillierte Erklärung gibt es im Glossar von MOTOR-TALK. Der Vorteil der Festoxid-Brennstoffzelle: Sie ist nicht auf reinen Wasserstoff angewiesen, sondern kann verunreinigte Gase verarbeiten.

Das ist wichtig, denn Nissans System erzeugt keinen sauberen Wasserstoff. In einem zweiten Bauteil, genannt Reformer, entsteht lediglich ein Gas mit hohem Wasserstoffgehalt. Dafür wird das Gemisch aus Ethanol (chemisch: C2H6O) und Wasser (H2O) unter Sauerstoffmangel erhitzt. Es bilden sich Wasserstoff (H2), Wasserdampf (H20), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Dieses Gemisch wird der Brennstoffzelle zugeführt. Aus dem Kohlenstoffmonoxid wird dort Kohlenstoffdioxid. Abgase fallen nur in sehr geringen Mengen an.

Projekte von Mercedes und AVL

Mercedes hat 1997 ein ähnliches Projekt vorgestellt und später verworfen. Die Studie „Necar 3“ bekam eine Brennstoffzelle und einen Methanol-Reformer. Im Konzeptfahrzeug war durch den großen Reformer allerdings nur Platz für zwei Personen. Zudem setzte Mercedes einen anderen Typ Brennstoffzelle ein, eine sogenannte Polymerelektrolytbrennstoffzelle. Sie arbeitet bei niedrigen Temperaturen und verträgt nur sehr geringe Mengen Kohlenstoffmonoxid. Der gleiche Typ kommt auch beim Toyota Mirai zum Einsatz.

Auf dem diesjährigen Motorensymposium in Wien zeigte der österreichische Zulieferer AVL eine Version der Ethanol-Brennstoffzelle. Ihre Technik entspricht ungefähr dem, was Nissan aktuell ankündigt. AVL setzt das Konzept als Stromversorgung in LKWs ein.

Langfristig will AVL die Technik als Range-Extender für Elekroautos vermarkten. Die Projektziele: mehr als 500 Kilometer Reichweite, kleine (und damit günstige) Batterien, geringe Emissionen und hoher Komfort. Trotz mehrfacher Umwandlung der Betriebsstoffe erreiche man einen Wirkungsgrad von 35 bis 65 Prozent. Zum Vergleich: Der Benziner im aktuellen Toyota Prius erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 40 Prozent, moderne Diesel bis zu 45 Prozent. Bei Elektroautos liegt der Wirkungsgrad bei bis zu 80 Prozent.

Lange Startzeit und gute Kraftstoff-Infrastruktur

Aktuell ist das System noch nicht serienreif. Auf Nachfrage von MOTOR-TALK sagte ein Experte, dass die Systeme erst nach 30 bis 60 Minuten einsatzbereit sind. Die hohen Temperaturen von Brennstoffzelle und Reformer werden durch das Verbrennen von Ethanol erreicht. Eine intelligente Steuerung könnte diesen Nachteil ausgleichen. Man arbeite trotzdem an einer kürzeren Anlaufzeit.

Über die Umweltverträglichkeit von Ethanolkraftstoffen lässt sich streiten. Der große Vorteil dagegen: Die Infrastuktur ist in vielen Ländern längst vorhanden. Brasilianer kaufen E100, also reines Ethanol, an der Tankstelle. In Deutschland gibt es an einigen Zapfsäulen E85, eine Mischung aus Benzin (15 Prozent) und Ethanol (85 Prozent). Seit dem 1. Januar 2016 ist Bioethanol allerdings nicht mehr von der Energiesteuer befreit. Die Preise stiegen, viele Tankstellen schafften die Säulen ab.

Zu den Kosten des Systems gibt es noch keine Informationen. Ein Toyota Mirai kostet derzeit fast 80.000 Euro. Nissans System ist aufwändiger als das von Toyota. Durch die gute Verfügbarkeit des Kraftstoffs ließen sich jedoch hohe Stückzahlen produzieren und damit der Preis senken. Langfristig könnte das Ethanol-Elektroauto eine Alternative zu Wasserstoff- und Elektroautos werden. Einen Termin zur Markteinführung nennt Nissan allerdings nicht.