Brennstoffzellenauto von Toyota mit Wasserstoffantrieb

In Zeiten des Klimawandels: Brennstoffzelle ist die Lösung

Die Auswirkungen des Klimawandels werden immer spürbarer: Gletscher in den Gebirgen schmelzen, die Eismassen an den Polen schwinden, und der Meeresspiegel steigt stetig an. Extreme Wetterereignisse wie Starkregen und Dürreperioden häufen sich, während die Luftqualität zunehmend leidet. Diese Entwicklungen verdeutlichen die dringende Notwendigkeit, gegen den Klimawandel vorzugehen. Die Frage, wie wir dieser Herausforderung begegnen können, wird immer drängender. Vor allem in Städten steht der Diesel als Kraftstoff in der Kritik, da er maßgeblich zur Überschreitung von Stickoxid-Grenzwerten beiträgt. Die Suche nach alternativen Antrieben und umweltfreundlicheren Kraftstoffen wird intensiver.

Automobilhersteller richten daher ihren Fokus verstärkt auf die Entwicklung nachhaltiger und ganzheitlicher Fahrzeugkonzepte, die im Idealfall völlig emissionsfrei sind – ein entscheidender Schritt hin zu einem besseren Klimaschutz. Ein vielversprechender Ansatz für umweltfreundliches Fahren sind Autos, die mit Brennstoffzellen betrieben werden. Ihr einziges Abfallprodukt ist Wasser, was sie zu einem potenziellen Fahrzeug der Zukunft macht. Allerdings ist dies nur dann klimaneutral, wenn der benötigte Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wie Wind- oder Solarenergie gewonnen wird – nur so bleibt die Technologie CO₂-frei.

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Eine einzelne Brennstoffzelle, die kleinste Einheit eines Brennstoffzellensystems, besteht aus einer Elektrolytmembran, zwei Elektroden (einer positiven und einer negativen) und zwei Separatoren. Brennstoffzellen gehören zu den galvanischen Zellen und erzeugen durch eine chemische Reaktion elektrische Energie. Da eine einzelne Brennstoffzelle nur eine geringe Spannung von etwa einem Volt liefert, reicht dies nicht aus, um ein Wasserstoffauto anzutreiben. Deshalb werden mehrere hundert Zellen in einer Brennstoffzellen-Einheit, dem sogenannten Fuel Cell Stack, zusammengefasst. Brennstoffzellen finden nicht nur in der Automobilindustrie Anwendung, sondern werden auch zur Energieversorgung von Gebäuden genutzt, um Wärme und Strom bereitzustellen.

Die Energiegewinnung in einer Brennstoffzelle erfolgt durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff wird an der negativen Elektrode aktiviert, wodurch Elektronen freigesetzt und ein elektrischer Strom erzeugt werden. Die zurückbleibenden Wasserstoff-Ionen wandern durch die Membran zur positiven Elektrode, wo sie mit Sauerstoff zu Wasser reagieren. Der Antrieb des Toyota Mirai kombiniert eine Brennstoffzellen-Einheit mit einer leistungsstarken Batterie, was das Fahrzeug zu einem Hybridauto macht. Die Batterie unterstützt insbesondere beim Anfahren und Beschleunigen den Brennstoffzellenantrieb.

Sicheres Fahren mit Brennstoffzellenautos

Bevor Wasserstofffahrzeuge in Serie gingen, durchliefen sie umfangreiche Sicherheitstests, bei denen Experten Millionen von Kilometern zurücklegten. Auch der Toyota Mirai wurde intensiv geprüft und hat dabei gezeigt, dass er genauso sicher ist wie jedes andere Fahrzeug aus dem Hause Toyota.

Gefahrlos auch im Falle eines Unfalls

Wasserstoff, ein gasförmiges Element mit besonderen Eigenschaften, stellt weder beim Tanken noch beim Fahren eine Gefahr dar – auch nicht im Falle eines Unfalls. Selbst wenn ein Leck im Tank äußerst unwahrscheinlich ist, sorgen Sensoren dafür, dass ein potenzieller Wasserstoffaustritt sofort erkannt wird. In einem solchen Fall schaltet sich das Fahrzeug automatisch ab und alle Sicherheitsventile schließen sich.

Eindringen von Wasserstoff wird verhindert

Zusätzlich ist der Innenraum des Fahrzeugs komplett vom Wasserstoffsystem getrennt, was das Eindringen von Wasserstoff in den Fahrgastraum verhindert. Sollte Wasserstoff freigesetzt werden, steigt er aufgrund seiner geringen Dichte schnell in die Atmosphäre auf. Im Falle hoher Temperaturen, wie sie bei einem Brand nach einem Unfall entstehen könnten, leitet ein Überdruckventil den Wasserstoff sicher nach außen ab.

Widerstandsfähige Wasserstofftanks

Die Tanks des Autos sind in einer T-Form im Unterboden angeordnet. Zwei der drei Tanks befinden sich im Bereich der Hinterachse, der dritte im Mitteltunnel des Unterbodens – gut geschützt und aus robusten Materialien gefertigt. Die Außenschicht der Tanks besteht aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff, der zusätzlich mit einem faserverstärkten Kunststoff überzogen ist, wodurch eventuelle Beschädigungen sofort sichtbar werden. Die Tanks sind sowohl gegen inneren und äußeren Druck als auch gegen Feuer äußerst widerstandsfähig.

Der Toyota Mirai: alltagstaugliches Wasserstoffauto

Die Brennstoffzellen-Technologie markiert einen Wendepunkt in der Automobilindustrie und im Umweltschutz. Der Toyota Mirai, die weltweit erste Serienlimousine mit Brennstoffzellenantrieb, wurde 2014 nach fast 20 Jahren Forschung auf den Markt gebracht und hat den Weg in eine emissionsfreie Zukunft geebnet.

Vor über zwei Jahrzehnten setzte Toyota mit der Einführung des Prius in Japan den Grundstein für diese Entwicklung. Heute sind fast 50 Prozent unserer neu zugelassenen Privatfahrzeuge Hybridautos, was die anhaltende Vorreiterrolle von Toyota in diesem Bereich unterstreicht. Mit dem Mirai beginnt nun eine neue Ära in der Automobilbranche: das Zeitalter des Wasserstofffahrzeugs.

Im Alltag unterscheidet sich der Mirai kaum von einem herkömmlichen Auto mit Verbrennungsmotor. Der Hauptunterschied besteht darin, dass er mit Wasserstoff statt mit Benzin betankt wird und einen leistungsstarken Elektromotor statt eines Verbrennungsmotors besitzt. Die Brennstoffzelle wandelt den Wasserstoff in elektrische Energie um, wobei als einziges Nebenprodukt Wasserdampf entsteht. Zwei speziell entwickelte Tanks außerhalb des Innenraums speichern den Wasserstoff, der dann in der Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt wird.

Der Mirai bietet in jeder Fahrsituation eine herausragende Leistung und gleichzeitig nachhaltigen Fahrspaß. Die Kombination aus Brennstoffzelle und dem 134 kW (182 PS) starken Elektromotor sorgt für ein kraftvolles Fahrerlebnis ohne Einbußen bei Komfort und Leistung. Mit einer Reichweite von bis zu 650 Kilometern¹,² sind Wasserstoffautos nicht nur für den Stadtverkehr geeignet, sondern auch für längere Fahrten, bei denen sie problemlos mit Benzinern mithalten können. Der Tankvorgang dauert nur wenige Minuten und die Anzahl der Wasserstoff-Tankstellen in Österreich wächst stetig.

Wasserstoff-Herstellung aus erneuerbaren Energien

Toyota ist fest davon überzeugt, dass die Brennstoffzellen-Technologie langfristig erfolgreich sein wird, da sie im Vergleich zu anderen alternativen Antrieben viele zukünftige Herausforderungen lösen kann.

Bevor Wasserstoff im Fahrzeugtank landet, muss er zunächst produziert und transportiert werden, was wie bei allen Kraftstoffen mit CO₂-Emissionen verbunden ist. Eine Ausnahme bildet die Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, bei der keine CO₂-Emissionen entstehen. Unter Berücksichtigung der Kraftstoffproduktion verursacht der Toyota Mirai lediglich 121 Gramm CO₂ pro Kilometer. Zum Vergleich: Ein ähnliches Fahrzeug der oberen Mittelklasse mit Benzinmotor erzeugt 241 Gramm CO₂ pro Kilometer.

Die fortlaufende Verbesserung der Wasserstoffproduktion wird Brennstoffzellenautos noch umweltfreundlicher machen. Eine vielversprechende Möglichkeit ist die Herstellung von grünem Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energiequellen stammt. Seit 2015 fährt der Mirai bereits emissionsfrei mit grünem Wasserstoff auf den Straßen.

FAQ zu Brennstoffzellenautos