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  • Tokio, eine der verkehrsreichsten Metropolen der Welt. Je umweltfreundlicher die Mobilität der Zukunft, desto höher die Lebensqualität.
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    GLC F-CELL: Das Ziel ist klar.

    Mercedes-Benz fährt mit dem GLC F-CELL in die nächste Generation der Brennstoffzellentechnologie. Mit einem Vorserienmodell besuchten wir Tokio, Welthauptstadt des Wasserstoffs.

    Wasserstoffverbrauch kombiniert: 0,34 kg/100 km;
    CO2-Emissionen kombiniert: 0 g/km;
    Stromverbrauch kombiniert: 13,7 kWh/100 km.4

    Text: Jörg Heuer | Fotos: Jan van Endert

Umweltfreundliche Technologie.

Es ist einer dieser Menschheitsträume: aus Wasser Energie zu gewinnen. Allein der Gedanke hat etwas Inspirierendes, Reines. Schon Jules Verne, der französische Autor und Mitbegründer der Science-Fiction, prophezeite Anfang der 1870er-Jahre in seinem Roman „Die geheimnisvolle Insel“: „Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“ Wasserstoff: Das kleinste und leichteste aller Elemente besitzt die höchste Energiedichte pro Kilogramm aller heute verwendeten Energieträger. Jules Verne dachte seinerzeit sicher nicht an den Straßenverkehr, denn bis Carl Benz das Auto erfand, sollte es noch eineinhalb Jahrzehnte dauern. Lange war die Technologie nur eine Utopie der Mobilität, dann kamen Prototypen, jetzt wird die Brennstoffzelle im Auto Realität. Jene umweltfreundliche Technologie, die Wasserstoff in Strom umwandelt und so Elektromotoren antreibt.


Das „F-Cell” am Heck des Vorserienfahrzeugs, das es so nicht zu kaufen gibt, steht für Brennstoffzelle.

Das „F-CELL” am Heck des Vorserienfahrzeugs, das es so nicht zu kaufen gibt, steht für Brennstoffzelle.


Tokio ist ständig in Bewegung und Stillstand findet man selten in der Weltstadt.

Tokio ist ständig in Bewegung und Stillstand findet man selten in der Weltstadt.


Zu Besuch beim Pionier.

Tokio, Japan. Beinahe lautlos gleitet das Vorserienmodell des Mercedes-Benz GLC F-CELL über eine der geschäftigsten Kreuzungen der Welt. Es ist später Abend, doch durch die vielen funkelnden Leuchtreklamen fast taghell. Seitdem der F-CELL im vergangenen Herbst auf der IAA in Frankfurt präsentiert wurde, laufen die öffentlichen Tests. Jetzt zieht das Brennstoffzellenauto die Blicke in Shibuya, einem der lebendigsten aller 23 Stadtbezirke, auf sich. Hier reiht sich ein Restaurant an das andere. Nachtbars, Shoppingmalls, Edelboutiquen, tausende Nachtschwärmer sind unterwegs. Shibuya ist bunt und laut, schrill und zukunftsversessen. Japans Metropole gilt als Welthauptstadt des Wasserstoffs.

Nirgendwo sonst wird bereits so viel Energie durch Brennstoffzellen gewonnen, werden so viele Wasserstofftankstellen gebaut wie in Tokio. Bis 2020 wird Japan mehr als 330 Millionen Euro in Infrastruktur und Subventionen für Wasserstofffahrzeuge investieren – Teil der langfristigen Strategie, Wasserstoff als bedeutsamen Energieträger zu etablieren. Es gibt gar Überlegungen, einen Großteil der Stromerzeugung auf Brennstoffzellentechnologie umzustellen. Im Land laufen schon mehr als 200.000 Mikrobrennstoffzellensysteme, die neben Strom für Autos, Busse, Lkw, Kühlschränke oder Straßenlaternen auch Wärme für Wohnhäuser oder Industriebetriebe liefern. Und immerhin 85 Zapfstellen für Wasserstoff existieren bereits. Das ist nicht viel, aber: Weltrekord. Japan ist Pionier einer vielversprechenden, indes noch immer anspruchsvoll zu nennenden Technologie.


„Wasserstoff gibt es fast überall auf der Welt.“

Zu den Herausforderungen für Ingenieure und Wissenschaftler gehört: Wasserstoff ist ein kleines und stark diffundierendes Molekül. Seine Erzeugung ist aufwendig, die Speicherung und insbesondere die Betankung von Autos war aufgrund der hohen Komplexität lange problematisch. Bereits 1975 stellte Mercedes-Benz das erste Versuchsfahrzeug mit Wasserstoffantrieb und Hybrid-Speicher vor. Experimente gab es danach mit dem 280 TE und dem 230 E Modell, der V-Klasse und der A-Klasse. 2011 fiel in Stuttgart der Startschuss für den „Mercedes-Benz F-CELL World Drive“: Mehrere B-Klassen mit Brennstoffzellenantrieb umrundeten dabei die Welt – und bewiesen grundsätzlich die Alltagstauglichkeit. Mittlerweile ist die Technik auf einem Entwicklungsstand, auf dem es Prototypen von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen in der vierten Generation gibt. Noch ist die Technik kostspielig, aber durch zunehmende Massenproduktion sinkt der Preis der Komponenten. „Wasserstoff gibt es fast überall auf der Welt“, sagt Professor Dr. Christian Mohrdieck, Leiter Wasserstoff/Brennstoffzellentechnologie der Daimler AG. „Jetzt ist die Zeit reif, diesen demokratischen Energieträger zu nutzen.“


Das Vorserienmodell der IAA ist das erste Fahrzeug von Mercedes-Benz mit „elektromobilem Doppelherz“, wie er sagt – dank der Kombination von Brennstoffzellen- und Batterietechnik in einem rein elektrischen Plug-in-Hybrid. Der Elektromotor wird sowohl durch die wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle als auch durch die Lithium-Ionen-Batterie versorgt und kann auch durch Rekuperation Bewegungsenergie zurückgewinnen. Die Reichweite des Versuchsträgers beträgt mehr als 400 Kilometer, allein durch den Wasserstoff an Bord. Drei Minuten dauert es, bis der 4,4 Kilogramm fassende Tank gefüllt ist. Aus dem Auspuff kommt beim Fahren nur Wasserdampf. Der nächste Tag. Wir gleiten bei Sonnenschein über die Rainbow Bridge, die die Tokyo Bay überspannt, eines der Wahrzeichen der Stadt. Unweit des Tokyo Tower biegen wir auf eine Wasserstofftankstelle ab. Tankwart Mori Saroshi, 37, empfängt uns mit breitem Lächeln. „Ich habe schon viel vom GLC F-CELL gelesen, der gefällt mir.“ Interessiert fragt Saroshi nach Leistung, Höchstgeschwindigkeit, Reichweite – und ob er das Auto denn eines Tages im Tokioter Straßenverkehr sehen könne.


Tankwart Mori Saroshi freut sich über den Stopp des Autos, das mit einem Kennzeichen für Versuchsträger unterwegs ist.

Tankwart Mori Saroshi freut sich über den Stopp des Autos, das mit einem Kennzeichen für Versuchsträger unterwegs ist.


Große Umweltvorteile.

Laut der aktuellen Studie „Energie der Zukunft — nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H2“ könnte sich durch die Nutzung des Wasserstoffs viel verändern. Erstellt wurde die Studie durch Shell und das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie. Bereits im Jahr 2050 hält man demnach weltweit 113 Millionen Wasserstoffautos für realistisch. Sie würden bis zu 68 Millionen Tonnen herkömmlichen Kraftstoff sowie 200 Millionen Tonnen CO2-Emissionen einsparen und damit einen enormen Beitrag zur Energieeinsparung und Treibhausgasminderung leisten – „wenn die Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben wird“, sagt Professor Dr. Manfred Fischedick vom Wuppertal Institut. Das ist Voraussetzung, damit die Umweltvorteile des Wasserstoffantriebs zur Geltung kommen. Zugegeben: Noch sind diese Zahlen kühne Zukunftsvisionen. Bislang gibt es weltweit nur rund 3.500 wasserstoffbetriebene Autos, von denen viele in Japan, andere in Westeuropa und den USA – meist in Kalifornien – unterwegs sind. Eben dort, wo es schon ein Netzwerk aus Wasserstofftankstellen gibt und auch die meisten neuen gebaut werden.


Jules Vernes Traumauto.

Der Ausbau der Infrastruktur in Nordamerika, Westeuropa und Asien habe sich immerhin zuletzt deutlich beschleunigt, bescheinigt die Shell-Studie. Auch die deutsche Bundesregierung hat 2015 ein Förderprogramm für die Brennstoffzellentechnologie aufgelegt. Obwohl Politik, Energiewirtschaft und Mobilitätsdienstleister eng zusammenarbeiten, ist das Netz der Wasserstofftankstellen mit rund 40 Zapfstationen zwischen Hamburg und München noch ausgesprochen dünn. Allerdings soll es bis Ende des Jahres bereits auf 100 Stationen angewachsen sein, bis 2023 sogar ein flächendeckendes Netz von 400 Wasserstofftankstellen entstehen. Die Entwicklung nimmt gerade richtig Fahrt auf – und Mercedes-Benz fährt mit seiner Wasserstofftechnologie vorne mit. Wie funktionieren Wasserstofffahrzeuge nun genau? Wie bei den Verbrennungsmotoren von Mercedes-Benz stehen im Vorserienfahrzeug die Fahrprogramme Eco, Comfort und Sport zur Auswahl. Im Hybrid-Modus zieht es seine Leistung gleichzeitig aus Brennstoffzelle und Batterie. Der F-CELL-Modus hält den Ladezustand der Batterie durch die Energiezufuhr der Brennstoffzelle konstant. Im Batterie-Modus fährt der SUV batterieelektrisch.


Im Charge-Modus lädt die Brennstoffzelle die Batterie, sodass der Weg zur Steckdose oder Aufladestation entfällt. Die im Versuchsfahrzeug verbaute Brennstoffzelle ist um ein Drittel kleiner als in vorherigen Modellen und so kompakt, dass sie unter die herkömmliche Motorhaube passt. Die Leistung liegt um 40 Prozent höher als bei den Vorgängern, der Platingehalt ist stark zurückgegangen, was die Herstellungskosten beträchtlich senkt. Die beiden Tanks, in die der gasförmige Wasserstoff mit 700 bar Druck getankt wird – mehrfach beschichtet und aufprallgeschützt –, sind im Unterboden des Fahrzeugs verbaut, die Batterie ist im Heck untergebracht. Wir bringen das Vorserienmodell zum Hafen, per Schiff reist es nun weiter zur L.A. Motor Show. Zum Abschied öffnen wir den Kofferraum und stellen fest: Er ist wie beim verbrennungsmotorischen Plug-in wegen der Batterie nur geringfügig kleiner als beim normalen GLC. Ein Serienfahrzeug mit Wasserstoffantrieb wäre, keine Frage, Jules Vernes Traumauto.


Prof. Dr. Christian Mohrdieck, Leiter Wasserstoff-/Brennstoffzellentechnologie der Daimler AG.

Prof. Dr. Christian Mohrdieck, Leiter Wasserstoff-/Brennstoffzellentechnologie der Daimler AG.


Nachgefragt bei Mercedes-Benz „Mister F-CELL“.

Was fasziniert Sie am GLC, der mit Wasserstoff betrieben wird?

Dass er ein Auto mit praktisch allen Fahrleistungen ist, die wir vom Verbrennungsmotor kennen. Dazu kommen kurze Betankungszeit, große Reichweite und kaum Modifikationen an der Fahrzeugarchitektur – das alles im umweltfreundlichen Gesamtpaket.

Und: Wir haben die Technologie in den letzten Jahren enorm optimiert und die Kosten weiter senken können, zum Beispiel durch eine 90-prozentige Reduktion des Platinanteils. Der Platinanteil unserer Brennstoffzelle liegt nur knapp über dem eines Katalysators in einem herkömmlichen Auto. All das begeistert mich.

Wie wichtig wird der Antrieb in der Zukunft?

Als Daimler AG benötigen wir meines Erachtens sowohl die Brennstoffzelle als auch den batterieelektrischen Antrieb, um vom Cityflitzer über Limousinen, SUVs, Vans, Trucks und Busse alle Kundenwünsche erfüllen zu können.


Wie ein Sandwich aufgebaut.

Wie ein Sandwich ist die Brennstoffzelle aufgebaut. In der Mitte: die Protonen-Austausch-Membran, eine Kunststofffolie. Die Membran ist beidseitig mit einer feinen Katalysatorschicht und einer gasdurchlässigen Elektrode beschichtet. Sie ist von zwei Bipolarplatten umgeben, in die winzige Gaskanäle eingefräst sind. Durch die Kanäle strömt auf der einen Seite Wasserstoff, auf der anderen Seite Sauerstoff. Der Katalysator zerlegt das Wasserstoffatom in Protonen und Elektronen. Die Protonen durchdringen die Membran, die Elektronen nicht. Somit baut sich zwischen beiden Elektroden Spannung auf. Durch die Verbindung beider Elektroden fließt Gleichstrom. Als weitere Reaktionsprodukte entstehen Wasser und Wärme. Viele dieser einzelnen hintereinandergeschalteten Brennstoffzellen ergeben die Energiequelle (Stack), die den GLC F-CELL antreibt.


F-CELL — die Fahrmodi:


  • Hybrid: Die Elektromotoren ziehen ihre Leistung gleichzeitig aus der Brennstoffzelle und der Batterie.
  • F-CELL: Das Auto fährt nur mit Wasserstoff, die Brennstoffzelle hält den Ladestand der Batterie konstant.
  • Batterie: Der F-CELL fährt rein batterieelektrisch, das Brennstoffzellensystem ist nicht aktiv.
  • Charge: Die Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterie wird während der Fahrt von der Brennstoffzelle geladen.

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