Hybridantrieb & Brennstoffzellenantrieb

[George]

"Elektroauto" war etwas salopp ausgedrückt, damit meinte ich alle Fahrzeuge, die letztlich elektrisch betrieben werden, auch wenn die Stromerzeugung mittels Brennstoffzelle stattfindet.

Natürlich bin ich weder Chemiker noch Physiker und daher kein Spezialist für Brennstoffzellen, aber diese Strategie ist doch wahrlich nicht neu...
Was wurde schon alles teuer verkauft, weil es ja so neu und hochentwickelt ist, in Wirklichkeit aber viel einfacher als die alte Technik zu realisieren ist. Die CD ist nur ein Beispiel.
Es muss schon eine wirklich nach vollziehbare Begründung geben, warum die Stacks doch unmöglich billig herzustellen sind - sonst glaube ich da gar nix - schon gar nicht beim Anblick eines solchen Bauteils im Vergleich zu einem demontiertem CDI...
Wie könnte so eine Begründung lauten?
1. Aufwändige, langwidrige Handfertigung? Nein, die Kleinserien ja, später garantiert nicht mehr.
2. Seltene, teure Rohstoffe? Meines Wissens werden bei einigen Membranen-Typen wirklich teure Edelmetalle eingesetzt - allerdings in relativ kleinen Mengen - von preisgünstigen Alternativen ganz abgesehen.
Was noch? Was habe ich vergessen? Ja, die aufwändige Forschung/Entwicklung und der Bau komplett neuer Produktionsanlagen - wozu, wenn sich der alte Krempel doch hervorragend aufgrund mangelnder Konkurrenz verkauft?

Natürlich darf man auch den Entwicklungsvorsprung des Verbrennungsmotors nicht vergessen und das die neue Technik unabhängig ihre Potenzials derzeit noch viele Probleme bereitet - streite ich alles nicht ab, aber durch abwarten ändert sich daran gar nix - irgendwann muss man halt ins kalte Wasser springen.

"Kühlung. Glaube der A-Klasse F-Cell hat einen ziemlichen Monsterkühler drin."
? Ich glaube nicht, durch den hohen Wirkungsgrad wird dies halt alles unnötig - ich glaube kaum, dass eine Brennstoffzelle so ein "kochendes, explosives" Ungetüm ala Verbrennungsmotor ist. Aber viel habe ich nicht gesehen, sind halt alles "black boxes".

 

[Julian-JES]

Jo ich habe es aber gesehen. Ist voll der MOnsterkühler. So einen großen Kühler hatte kein einziger W168!

Problem ist der Teillastbereich, weil man dann irgendwie diese chemische Reaktion nicht so gut kontrollieren kann wie wenn man einfach Vollast fährt !

 

[Mercedesfahrer]

"Was noch? Was habe ich vergessen?

Zum Beispiel hast Du die Diffusion in der Brennstoffzelle vergessen. Schlecht skalierbar. Mit Optimismus kann man davon ausgehen, dass 2020 etwa 20% der Fahrzeuge Brennstoffzellen haben. Wichtig ist diese Forschung also auf jeden Fall, als eine Alternative.

 

[Julian-JES]

Die ganze Infrastruktur muss erstmal aufgebaut werden. Das kostete auch alles äußerst viel Geld.

 

[Mercedesfahrer]

Hybride werden etwa einen 3% Marktanteil bei Neufahrzeugen haben in 2010 laut einer heute veroeffentlichten Studie. Demnach werden die Mehrkosten von $3000 bis $4000 eines Hybrids noch nicht durch die Vorteile aufgewogen.

===> <a href="http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0502/03/01-79067.htm"> Hybrid Marktanteil Studie</a>

Man bedenke dazu, daß einer der Hauptgruende warum MB mit GM zusammenarbeitet darin liegt die Hybridkosten zu senken. Anstatt einer 7G-Tronic eben "einfach" eine 7G-P1/2HYBRID-Tronic einbauen, mit hoffentlich geringen zusätzlichen Kosten.

 

[George]

Ich werde mal die sogenannten Spezis fragen, bevor ich mich weiter in technischen Details vertiefe.
Zu den technischen Problemen der Brennstoffzelle:
Vergleicht doch einmal die Probleme des Verbrennungsmotors allein schon durch seine grundlegende Konzeption - und dann soll man die Macken der Brennsoffzelle nicht austreiben können?

 

[Patrick]

Fuel Cell

Zum Beispiel hast Du die Diffusion in der Brennstoffzelle vergessen. Schlecht skalierbar. Mit Optimismus kann man davon ausgehen, dass 2020 etwa 20% der Fahrzeuge Brennstoffzellen haben. Wichtig ist diese Forschung also auf jeden Fall, als eine Alternative.

Kannst Du das mal näher erklären?


Ciao,

 

[Patrick]

Treibstoff

Bei allen Fortschritten in der Technik der Brennstoffzelle selbst dürfte ein wesentliches Problem immer noch die Unterbringung von genug "Treibstoff" (für 500 - 1000 km Reichweite) im Fahrzeug sein.


Ciao,

 

[Patrick]

Emissionsfrei?

... Würde man z.B. ab 2010 nur noch emissionsfreie Neufahrzeuge zulassen dürfen, so hätten wir bis dahin die Brennstoffzelle! ...

Das ist doch Augenwischerei! Ein emissionsfreies Auto wird es solange nicht geben, bis die Erzeugung des Treibstoffs ebenfalls emissionsfrei erfolgt.

Erst durch den Einsatz von rein solaren Wasserstofferzeugungsanlagen ist ein Fahrzeug, welches H2 als Treibstoff verwendet, wirklich emissionsfrei. Auch im Jahr 2010 und später wird es diese solaren Wasserstofferzeugungsanlagen aus geopolitischen Gründen wahrscheinlich noch nicht geben. Welche Industrienation will sich schon freiwillig aus der einen (sich in bekannten Grenzen bewegenden) Abhängigkeit von der OPEC in eine unbekannte Abhänigkeit der Länder begeben, in denen die Sonne vom Himmel brennt (z.B. Afrika)?

Demnach wird der Wasserstoff (oder die ebenfalls nutzbare Alternative Methanol) auf absehbare Zeit weiter unter der Freisetzung von Emissionen erzeugt. Beim Einsatz von Methanol in den Brennstoffzellen wird ausserdem zusätzlich weiterhin CO2 im Betrieb abgegeben.

Man verlagert den Ausstoss der Emissionen vom Fahrzeug in die Standorte der H2-/Methanolerzeugung. Dort werden lustig weiter fossile Energieträger als Rohstoff und Brennstoff verbraucht.


Gut Nacht,

 

[Patrick]

Kosten?

Die ganze Infrastruktur muss erstmal aufgebaut werden. Das kostete auch alles äußerst viel Geld.

Na und? Das bezahlt der Verbraucher doch sowieso! Die Investoren bzw. die Banken müssen es eben nur vorfinanzieren. Das heutige Tankstellennetz war ja auch nicht von Anfang an vorhanden. Hat zwar 50 - 60 Jahre gedauert und Shell, BP, ... verdienen immer noch äusserst gut!


Ciao,

 

[Mercedesfahrer]

Kannst Du das mal näher erklären?

In der Zelle gibt's einen durch Diffusion kontrollierten Geschwindigkeits bestimmenden Schritt, der die Skalierung erschwert. Wird wohl ein Gas sein, oder in der Membrane, aber so genau hab ich das noch nicht gescheckt.

 

[Patrick]

Fuel Cell

In der Zelle gibt's einen durch Diffusion kontrollierten Geschwindigkeits bestimmenden Schritt, der die Skalierung erschwert. Wird wohl ein Gas sein, oder in der Membrane, aber so genau hab ich das noch nicht gescheckt.

Was muss denn skaliert werden? Es gibt doch schon die passenden Grössen für den mobilen Einsatz, oder nicht?

Die Brennstoffzelle ist durch eine Speicherbatterie (auch zur Energierückgewinnung beim Bremsen) vom E-Motor entkoppelt.

Ein Brennstoffzellentyp für mobile Anwendungen ist z.B. die PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell
/ Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell). Hier besteht ein Stack aus einer grösseren Anzahl aneinandergereihter Einzelzellen. Eine Einzelzelle umfasst:

- Bipolarplatte
- Gasdiffusionsschicht
- Anode
- Membran (durchlässig für Protonen)
- Kathode
- Gasdiffusionsschicht
- Bipolarplatte

Hier gibt es entsprechende Informationen:

- http://www.innovation-brennstoffzelle.de
- http://www.pemfc.de
- http://www.daimlerchrysler.com/dcco...0-0-142465-0-0-135-7166-0-0-0-0-0-0-0,00.html


Gut Nacht,

 

[Mercedesfahrer]

Ah wieder einige Links

MB sprach im Jahre 2000 davon Brennstoffzellen folgen dem Moore's Law, also eine Verdoppelung der Leistungsfähigkeit alle 18 Monate, so wie wir das von den Intel Prozessoren die letzten 20 oder 30 Jahre ja gewohnt sind. Deshalb prognostizierte man damals auch eine etwa $18,100 teure A-Klasse F-cell für 2004. Diese Skalierbarkeit trat bisher nicht ein. Derzeitige Kosten liegen eher so bei $800,000. Ist mir auch für einen Wagen mit Stern noch "etwas" zu teuer.

 

[George]

Die Brennstoffzelle ist noch lange nicht serienreif - aber ebenso fehlen Anstrengungen sie serienreif zu machen - dort ist das Problem.
Der Treibstoff muss ja ersteinmal gar kein Wasserstoff sein, als Interimlösung eignet sich Methanol.
Natürlich ist die konventionelle Erzeugung von Wasserstoff mittels Kohle etc. "Augenwischerei", nach dem Motto: "Aus den Augen, aus dem Sinn" - allerdings gibt es viele Alternativen und die Umstellung der Technik bei den zigmillionen Endkunden ist wesentlich schwieriger und langwidriger.
Zu Beginn wird man wahrscheinlich sowieso kein Wasserstoff, sondern z.B. Methanol tanken.
Währenddessen könnte man z.B. mittels Geothermalkraftwerken (in Island besonders einfach) eine Wasserstoffproduktion einrichten.
Langfristig wird wohl die Kernfusion (solange bei dem in Kürze gebauten großem Versuchskraftwerk nicht zu viele unvorhergesehende Probleme auftreten) die Energiequelle der Menschheit.
Aber all dies findet auf politischer Ebene statt und nicht wie beim Endprodukt (z.B. dem Auto) bei jedem Einzelnen von uns.

@Patrick
Ich glaube es geht dabei um die "Trägheit" beim Ansprechen der Brennstoffzelle, man bräuchte also eine Art Energiepuffer (z.B. Hochleistungs-Kondensatoren), der bei plötzlicher Änderung des Energiebedarfs anspricht.

@Mercedesfahrer
Würde der Pentium4 oder der Athlon heute noch in dreistelligen Stückzahlen hergestellt werden, würde auch er unbezahlbar sein...
Hier geht es nicht um "real vorhandene" Produktionskosten, sondern um die Abwälzung der Entwicklungskosten und die Prototypen-Handarbeit.

 

[Patrick]

H2-Erzeugung

Hallo George,

interessante These! Ich bin mir gar nicht so sicher, ob man nicht vor der endgültigen Umstellung auf Kernfusion als Primärenergiequelle (extrem grob geschätzt im Jahr 2100, wenn sie kommt) schon lange auf solare Wasserstofferzeugung umgestellt hat?

Der Aufbau der Wasserstofferzeugung und -versorgung muss ja lange vor dem Ausstieg aus der fossilen Energieerzeugung beginnen. Ansonsten kann nicht in nennenswerter Weise umgestiegen werden.

Es muss sich politisch wirklich etwas bewegen, dass wir hier zu Ergebnissen kommen. Geothermische Kraftwerke werden kaum den riesigen Primärenergiebedarf und den zusätzlichen Energiebedarf zur H2-Herstellung decken können.

Energiepuffer: Dieses Problem sollte doch lösbar sein, oder? Was ist aber mit der Kraftstoffkapazität an Bord?

@Mercedesfahrer: Ich sehe es wie George. Gänzlich neue Technologien sind eben sehr teuer und die Prototypen meist unbezahlbar. Aber all das haben wir in anderen Bereichen bereits durchgemacht. Beim Einstieg in die echte Grossserienproduktion ist dies dann nur noch Geschichte ...


Ciao,

 

[Julian-JES]

Na und? Das bezahlt der Verbraucher doch sowieso! Die Investoren bzw. die Banken müssen es eben nur vorfinanzieren. Das heutige Tankstellennetz war ja auch nicht von Anfang an vorhanden. Hat zwar 50 - 60 Jahre gedauert und Shell, BP, ... verdienen immer noch äusserst gut!


Ciao,

Jo korrekt, aber wenn der Markt eine solche Infrastruktur noch nicht haben will. Hast DU eine massive Kaptialbindung mit der Du keinen Cent verdienst und laufend Zinsen zahlst.

 

[Patrick]

Infrastruktur

Jo korrekt, aber wenn der Markt eine solche Infrastruktur noch nicht haben will. Hast DU eine massive Kaptialbindung mit der Du keinen Cent verdienst und laufend Zinsen zahlst.

Das ist doch der Punkt! Es gibt keinen Markt, weil ale bisherigen Technologien es nicht ausnutzen würden. H2 im Ottomotor wird zwar eine Zwischenlösung sein, jedoch nicht die eigentlichen Probleme lösen. Dazu hat der Ottomotor wirklich einen viel zu miserablen Wirkungsgrad.

Der erste Einsatz der Brennstoffzellen im wirklichen Serienbetrieb wird aber noch nicht so bald kommen.

Also was tun? Abwarten, das können wir am besten! Es gibt ja noch fossile Reserven ...

Die Infrastruktur wird wahrscheinlich wieder mit Steuerermässigungen für die Betreiber angekurbelt. Somit zählt der Bürger mal wieder doppelt, bzw. guckt an anderer Stelle in die Röhre, wenn dort der Staat kein Geld mehr hat.


Ciao,

 

[Mercedesfahrer]

aber ebenso fehlen Anstrengungen sie serienreif zu machen - dort ist das Problem.

Das glaube ich nicht. Es gibt viele Anstrengungen. Fast jeder Hersteller arbeitet oder arbeitete daran! Daimler's Partner sind Ford und Ballard. Bei Ballard kann man sich die Zellen für den F-Cell kaufen. Zum Beispiel kaufte Nissan dort 2001 einige Zellen, etwa $600,000 pro Zelle, sie waren ja damals im Brennstoffzellenboom (98-01) ein grosser Verfechter. Vor einigen Tagen erstaunte es mich dann, als der Vorsitzende von Nissan sich negativ über Brennstoffzellen verbreitete, auch über Hybride, nur nebenbei bemerkt, und dabei die immer noch viel zu hohen Kosten von derzeit $800,000 zitierte. Also ist von 2001 bis 2005 der Preis nicht gefallen, sondern im Gegenteil nochmals drastisch gestiegen, wohl weil man nicht mit so vielen Schwierigkeiten rechnete, und das schon obwohl Ballard derzeit schon die 4. oder sogar 5. Generation der Mark 902 anbietet. Das lief bei Intel angefangen mit dem 4004 schon von der ersten Generation weg besser, und ist also nicht vergleichbar, so wie Prof. Panik das gerne machte. Auch Honda kaufte Zellen von Ballard in 2000 oder 2001, für etwa $520,000 pro Stück, 32 insgesamt, aber kein kommerzielles Produkt in Aussicht vor etwa 2015 oder so. Daimler's Entwicklungspartner Ford setzt auch schon seit etwa 2001 auch weniger auf die Zelle, und engagiert sich vermehrt bei Hybriden, in Zusammenarbeit mit Toyota und Conti-Teves.

 

[Mercedesfahrer]

Noch ein paar Bilder

http://www.ballard.com/images/image_gallery/technology/hy80.jpg
Fcell Xcellsis HY80 Brennstoffzellen Motor

http://www.ballard.com/images/image_gallery/technology/mark902_1.jpg
Fcell Ballard Mark 902 Brennstoffzelle

 

[George]

Mit Computer-Themen könnt ihr mich leicht aufs Glatteis führen, aber ich glaube nicht das der Intel 4004 mit dem heutigem Stand der Brennstoffzelle vergleichbar ist - auch er wurde schon millionenfach produziert, eher ein früher Zuse oder Cray.
Wie gesagt, so lange man mir nicht die unglaubliche Komplexität einer Brennstoffzelle mit 1/2kg Reinplatin-Beschichtung zeigt, halte ich von Aussagen von Vorsitzenden der Automobilhersteller nichts - genauso wie in anderen Themen, solange sich mit einer anderen (unterlegenen) Technik mehr Geld machen lässt, muss man die Menschen ja nicht in Panik versetzen...
Die Bilder zeigen ja die "Black-Box"-Wirkung - man sieht eigentlich nicht viel...
Aber eine aufwändige Kühlung? Bei dem Wirkungsgrad? Nein, ich glaube es gab lediglich ein Luftsystem mit Kompressor für die Versorgung mit Sauerstoff aus der Luft!?