Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum und seine Verwendung als Energiequelle in flüssiger oder gasförmiger Form in verschiedenen Fahrzeugtypen ist seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand der Forschung.
Die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse mit grünem Strom ist an sich schon eine saubere Energiequelle, die eine emissionsfreie Mobilität ermöglicht. Während BMW bereits in den späten 1960er Jahren begann, mit elektrischen Prototypen lokale emissionsfreie Mobilitätslösungen zu erforschen, begann der Fall des Wasserstoffs vor 45 Jahren.
Einen Bericht über frühere Wasserstoffprojekte der BMW Group finden Sie auch hier in einer Folge der Serie Inside BMW Group Classic:
Anfänglich wurde Wasserstoff in Verbrennungsmotoren als Alternative zu fossilen Brennstoffen eingesetzt. 1979 baute BMW in Zusammenarbeit mit der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR, heute DLR) einen BMW 520 der ersten Generation (E12, Baujahr 1975) zu einem Versuchsfahrzeug um. Äußerlich unterschied er sich nicht wesentlich von den Benzinversionen. Sein Vierzylindermotor verbrannte jedoch Wasserstoff statt bleifreiem Benzin. Dies war der erste Schritt, um zu beweisen, dass die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff in Wärmekraftmaschinen technisch machbar war.
1980 war ein BMW 7er der ersten Generation (E23) das erste Auto in Europa, das mit flüssigem Wasserstoff betrieben wurde. Damals wurde der Wasserstoff nicht durch sauberere Lösungen, sondern durch aus Erdöl gewonnenes Erdgas gewonnen. Um in flüssiger Form zu sein, wurde der Wasserstoff bei einer Temperatur von -253°C (nahe dem absoluten Nullpunkt, -273,15°C) getankt. Ein 93-Liter-Tank ermöglichte eine Reichweite von etwa 300 Kilometern.
Wasserstoff enthält weniger Energie als Benzin, aber der Einsatz der Aufladungstechnologie hat zur hohen Leistung beigetragen. BMW war bereits ein Pionier auf dem Gebiet der Turbomotoren, sowohl mit der Einführung des ersten Modells mit Turbolader auf dem europäischen Markt im Jahr 1972 als auch mit dem ersten Titelgewinn eines Turbomotors in der Formel 1 im Jahr 1983. Der wichtigste Wettbewerbsvorteil des Wasserstoffs lag in der umweltfreundlichen Nutzung seiner Energie: Wasserstoff verbrennt mit dem Sauerstoff der Luft wieder zu Wasser.
Ein drittes Projekt wurde 1988 auf der Basis des BMW 735iA (E32) der zweiten Generation entwickelt, wobei der wasserstoffbetriebene 735iA zum ersten Mal ausschließlich von BMW entwickelt wurde. Das BMW 7er-Versuchsfahrzeug wurde so konfiguriert, dass es sowohl mit Benzin als auch mit kryogenem Flüssigwasserstoff in einem Verbrennungsmotor betrieben werden konnte.
Die Forschung von BMW stellt die Weichen für die Zukunft von Wasserstoff im Auto
1987 erwarb BMW 10% der Anteile an der Solar-Wasserstoff-Bayern GmbH (Hydrogen Solar Bavaria) mit Sitz in Neunburg vorm Wald, Bayern. Die Investition ermöglichte es der SWB, im Rahmen der BMW-Forschung zum Wasserstoffantrieb die Herstellung von Wasserstoff aus Sonnenenergie sowie dessen Speicherung und Nutzung als Energieträger zu untersuchen. Damit wurde ein zukünftiger Standard für die Produktion von sauberem Wasserstoff mit grüner Energie geschaffen.
Bereit für die Produktion und eine Reihe großer Weltpremieren
1999 präsentierte BMW auf der Frankfurter Automobilausstellung das erste wasserstoffbetriebene 12-Zylinder-Auto der Welt: den BMW 750hL. Am 11. Mai 2000 fuhr das erste Wasserstoffauto in Großserie auf den Straßen Berlins, mehrere Exemplare wurden während der EXPO 2000 im Fahrbetrieb eingesetzt.
Der BMW 750hL entwickelte eine maximale Leistung von 204 PS, die für eine Beschleunigung von 0-100 km/h in 9,6 Sekunden und eine Höchstgeschwindigkeit von 226 km/h sorgte. Der 140-Liter-Kraftstofftank sorgte für eine Reichweite von ca. 350 km nach einer 3-minütigen Betankung an einer speziellen Tankstelle.
Insgesamt wurden 105 Fahrzeuge gebaut, die während der Testphase über 4 Millionen Kilometer zurücklegten - das entspricht der fünffachen Entfernung von der Erde zum Mond und zurück. Der BMW 750hL, der zu Demonstrationszwecken in begrenzter Stückzahl gebaut wurde, war das erste Serienfahrzeug, das mit Wasserstoff betrieben wurde. Eine Weltneuheit war auch der Einsatz einer Brennstoffzellenlösung in einem Serienfahrzeug als Energiequelle anstelle einer herkömmlichen 12-Volt-Batterie. Mit einem Energiewirkungsgrad von nur 50% und einer kompakten Größe, die der einer herkömmlichen Bleibatterie entspricht, lieferte sie eine Gesamtleistung von 5 kW. Die hohe Ausgangsleistung des Geräts lieferte die Energie, die für die elektrischen Funktionen des Fahrzeugs benötigt wurde, einschließlich der Klimaanlage, wenn das Fahrzeug ohne laufenden Verbrennungsmotor geparkt war. Dies ist eine Funktion, die die heutigen Plug-in-Autos bieten.
Das Auto bot eine weitere Innovation: Die Prototypen waren permanent per Funk mit dem technischen Team in München verbunden, eine Funktion, die der Telemetrie im Motorsport ähnelt. Darüber hinaus leistete BMW in den frühen 1980er Jahren Pionierarbeit bei der Telemetrie in der Formel 1 und führte 2001 die BMW Teleservices für die Ferndiagnose bei Serienfahrzeugen und die automatische Kommunikation mit der Werkstatt ein.
Nach der Markteinführung (2000) folgte im Jahr 2001 die CleanEnergy World Tour mit Stationen an fünf Orten weltweit. Um die Vielseitigkeit der Wasserstofftechnologie zu demonstrieren, stellte die BMW Group 2001 auch ein MINI-Modell (R60) mit ähnlicher Wasserstoff-Antriebstechnologie vor - diesmal mit dem für die Cooper-Modelle verfügbaren 1,6-Liter-Motor.
Wasserstoff-Rekord
BMW setzte den V12-Wasserstoffmotor auch in einem Sportprototypen ein. Der BMW H2R stellte insgesamt neun Rekorde in der Kategorie der Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge auf. Der 6-Liter-12-Zylinder-Motor leistete mehr als 285 PS, genug, um den Prototyp in etwa sechs Sekunden von 0 auf 100 km/h zu beschleunigen. Die Höchstgeschwindigkeit betrug 302,4 km/h.
Die Aufzeichnungen des BMW H2R Prototyps:
- 1 km (fliegender Start): 11,993 Sekunden - 300,190 km/h
- 1 Meile (Start): 19,912 Sekunden - 290,962 km/h
- ¼ km (stehend-anfahrend): 9,921 Sekunden - 72,997 km/h
- ½ km (stehend-anfahrend): 14,933 Sekunden - 96,994 km/h
- ½ Meile (Standing-Start): 17,269 Sekunden - 104,233 km/h
- 1 Meile (stehend-anfahrend): 36,725 Sekunden - 157,757 km/h
- 10 Meilen (Start aus dem Stand): 221,052 Sekunden - 262,094 km/h
- 1 km (Start vom Fleck): 26,557 Sekunden - 135,557 km/h
- 10 km (vom Fleck weg): 146,406 Sekunden - 245,892 km/h
Wasserstoffautos in den Händen berühmter Stars
Auf der Los Angeles Auto Show (1.-10. Dezember 2006) feierte der BMW Hydrogen 7 mit dem Codenamen E68, der auf dem 12-Zylinder BMW 750 iL der vierten Generation basiert, seine Weltpremiere.
Der 7er wurde von einem 12-Zylinder-Motor angetrieben, der 191 kW/260 PS leistete und eine Beschleunigung von 0-100 km/h in 9,5 Sekunden ermöglichte. Die Höchstgeschwindigkeit wurde elektronisch auf 230 km/h begrenzt. Die Ungewissheit über die Zuverlässigkeit des Wasserstoffversorgungsnetzes war kein Problem, da der Dual-Fuel-Motor des BMW Hydrogen 7 einfach auf herkömmliches bleifreies Benzin umschalten konnte.
Das Projekt glänzte auf den roten Teppichen mehrerer Filmfestivals oder bei Premieren. Während des Testprogramms der 100 gebauten Autos konnten mehrere Prominente das Auto Probe fahren, darunter Hollywood-Größen wie Edward Norton oder Brad Pitt, was beweist, dass Wasserstoff eine praktikable Lösung für den Alltag sein kann.
Wasserstoff in der Kunst
Der Künstler Olafur Eliasson wurde von einer internationalen Kuratorengruppe ausgewählt, die sich im April 2004 traf, um den nächsten Schritt für die BMW Art Cars Collection zu diskutieren. 2007 schuf Eliasson, einer der wichtigsten Vertreter der zeitgenössischen Kunstwelt und aktiver Aktivist für den Umweltschutz, das 16. BMW Art Car. Das Projekt des Künstlers, der BMW H2R Mobile Expectations, war ein technologischer Meilenstein. Der Künstler entschied sich, das Fahrzeug mit einer Struktur aus Eis zu verkleiden. Die große Anzahl von Besuchern in dem Raum, in dem sich das Exponat befand, würde das zerbrechliche Werk aufgrund der von ihren Körpern abgegebenen Wärme offensichtlich beschädigen. Metaphorisch gesehen wurde damit der Eingriff des Menschen in die Umwelt durch die globale Erwärmung veranschaulicht.
Wasserstoff und Brennstoffzellen
Wasserstoff als Energiequelle für Autos hat gegenüber Batterien erhebliche Vorteile in Bezug auf Gewicht und vor allem die Ladezeit. Ein Wasserstoffauto kann mit Wasserstoff genauso betankt werden wie mit Benzin oder Diesel. BMW forscht seit Ende der 1990er Jahre intensiv an der Brennstoffzelle und setzt sie seit 2010 zum Antrieb eines BMW 750iL (E32) und von Lastaufnahmemitteln in den Werken der BMW Group in Spartanburg und Leipzig ein. Mit mehr als 800 Maschinen hat BMW in Spartanburg die größte Flotte der Welt und in Leipzig eine der größten Flotten Europas.
Im Jahr 2013 starteten die BMW Group und Toyota eine Partnerschaft zur Entwicklung eines Brennstoffzellensystems für Fahrzeuge. Im Jahr 2017 wurde auf der Hannover Motor Show unter dem Motto "NewEnergy-4-Mobility2050" ein BMW 5er Gran Turismo mit der Brennstoffzelle von Toyota vorgestellt.
Der Bau des Brennstoffzellensystems der zweiten Generation begann im August 2022 im Wasserstoff-Know-how-Zentrum in Garching. Kurz darauf beginnt die Produktion der Pilotfahrzeugflotte, bestehend aus Nachbauten des BMW iX5 Hydrogen, die 2023 zu Test- und Demonstrationszwecken weltweit in Betrieb genommen wird. Die Kombination aus einer leistungsstarken Batterie und einer Brennstoffzelle eröffnet neue Möglichkeiten und Perspektiven.
Der Wasserstoff, der für die Versorgung der Brennstoffzelle benötigt wird, wird in zwei CFK-Tanks mit einem Druck von 700 bar gespeichert. Zusammen enthalten sie 6 kg Wasserstoff, was ausreicht, um dem BMW iX5 Hydrogen eine Reichweite von bis zu 504 km im WLTP-Zyklus zu ermöglichen. Das Befüllen der Wasserstofftanks dauert nur drei bis vier Minuten. Damit bietet der BMW iX5 Hydrogen die von BMW gewohnte Fahrfreude über lange Strecken mit nur wenigen kurzen Zwischenstopps.
Das Brennstoffzellensystem erzeugt eine maximale Leistung von 125 kW, wobei die zusätzliche Leistung für den Elektromotor von einer Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt wird. Diese einzigartige Kombination verleiht dem leistungsstärksten wasserstoffbetriebenen Serienfahrzeug eine maximale Leistung des Elektromotors von 295 kW/401 PS. Die Beschleunigung von 0-100 km/h wird in weniger als 6 Sekunden erreicht. und die Höchstgeschwindigkeit ist elektronisch auf 180 km/h begrenzt. All das sorgt dafür, dass der iX5 Hydrogen rein elektrisch fährt und das Tanken nur wenig Zeit in Anspruch nimmt.
Die Zukunft
Die BMW Group ist der erste deutsche Automobilhersteller, der sich an der Kampagne Business Ambition for 1.5°C" auf Basis der Science-Based Targets Initiative beteiligt und sich dem Ziel der vollständigen Klimaneutralität in der gesamten Wertschöpfungskette verpflichtet hat.
Der nächste Schritt in diesem Prozess ist der Plan der BMW Group zur Reduzierung der CO2 pro Auto über den gesamten Lebenszyklus - d. h. Lieferkette, Produktion und Nutzung - bis 2030 um mindestens 40% gegenüber dem Stand von 2019 zu senken.
Spätestens im Jahr 2030 will die BMW Group einen Anteil von mehr als 50% Elektroautos an ihrem Gesamtabsatz erreichen.
Die BMW Group sieht die FCEV-Technologie (Fuel Cell Energy Vehicle) als mögliche Ergänzung zu den Antriebssystemen von batterieelektrischen Fahrzeugen.
Wasserstoff als Teil der globalen Mobilitätsaktivitäten für eine Mobilität ohne CO 2
Wasserstoff kann eine saubere Energiequelle sein. Ebenso gibt es verschiedene technologische Lösungen für die Herstellung von Wasserstoff (unterschieden nach den sogenannten Wasserstofffarben).
Einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) zufolge bietet Wasserstoff ein erhebliches Potenzial als künftige Energiequelle zur Unterstützung der globalen Energiewende. Aufgrund seines Speicher- und Transportpotenzials kann Wasserstoff für eine breite Palette von Anwendungen genutzt werden.
Im Verkehrssektor kann Wasserstoff neben der Batterieelektrifizierung eine weitere technologische Option für die langfristige Entwicklung einer nachhaltigen individuellen Mobilität sein.
Ωστόσο, αυτό θα εξαρτηθεί από την ανταγωνιστική παραγωγή επαρκών ποσοτήτων υδρογόνου από πράσινη ενέργεια, καθώς και από την επέκταση της αντίστοιχης υποδομής εφοδιασμού, η οποία ήδη επιδιώκεται εντατικά σε πολλές χώρες.
Το BMW Group καλωσορίζει και υποστηρίζει δραστηριότητες προώθησης της καινοτομίας στη Γερμανία και την Ευρώπη που θα συμβάλουν στην οικοδόμηση μιας οικονομίας υδρογόνου και στην επιτάχυνση της παραγωγής υδρογόνου με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Σε αυτά περιλαμβάνονται συγκεκριμένα project υδρογόνου μεγάλης κλίμακας που έχουν χαρακτηριστεί ως Σημαντικά Έργα Κοινού Ευρωπαϊκού Ενδιαφέροντος (IPCEI).
Τα project που απαρτίζουν αυτή την πρωτοβουλία της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η οποία υποστηρίζεται στη Γερμανία από το Ομοσπονδιακό Υπουργείο Οικονομικών Υποθέσεων και το Ομοσπονδιακό Υπουργείο Μεταφορών, καλύπτουν ολόκληρη την αλυσίδα αξίας – από την παραγωγή υδρογόνου μέχρι τη μεταφορά και τις εφαρμογές στη βιομηχανία.
Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, η τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου δύναται να αποτελέσει έναν ακόμη πυλώνα στο χαρτοφυλάκιο συστημάτων κίνησης του BMW Group για κινητικότητα απαλλαγμένη από εκπομπές CO2.
