Auto der Zukunft

Alle Welt beteiligt sich am Wettrennen um das Elektroauto und beschwört das Ende des Verbrennungsmotors. Nur zwei Hersteller leisten mit ihren neuen Triebwerken
Widerstand: BMW verbrennt Wasserstoff im Ottomotor, Mazda im Wankelmotor. Haben diese Konzepte Zukunft?

Leicht ist es nicht für Seita Kanai, ein Außenseiter in seiner Branche zu sein. Doppelt schwer wiegt, dass der 59-jährige Forschungschef des japanischen Autoherstellers Mazda gleich zwei dezidiert eigene Wege einschlägt, um das Tor zur Mobilität der Zukunft aufzustoßen.

Der Autobauer aus Hiroshima hält am Wankelmotor mit seinen rotierenden Kolben fest – während der ganze Rest der Welt das Auf und Ab des Hubkolbens favorisiert. Darüber hinaus will Japans sechstgrößter Autohersteller auch noch solar erzeugten Wasserstoff (H2) im Kolbenmotor verbrennen. Ein Projekt, das auch der bayerische Motorenbauer BMW verfolgt. Alle anderen Autoproduzenten wollen Wasserstoff in der Brennstoffzelle in Elektrizität umwandeln. Die Frage, der sich Seita Kanai immer wieder stellen muss: Ein mit Wasserstoff betriebener Wankelmotor, geht das gut – sind wir auf dem Königsweg oder in einer Sackgasse?

Seit über 18 Jahren beschäftigt sich Mazda mit dem Thema Wasserstoff und seiner Verbrennung. Das hat der Hersteller mit BMW gemeinsam. Jahrzehntelange Forschung und Entwicklung, geduldiger Feinschliff an einer Tech-
nologie, die Zeit braucht und ihre Zeit abwarten muss. Denn an den grundsätzlichen technischen Rahmenbedingungen hat sich in all den Jahren wenig geändert.

Der Energieinhalt von Wasserstoff ist im Vergleich zu Benzin deutlich niedriger. Das Mitführen in einem Tank ist kompliziert, da das flüchtige Gas unter hohem Druck von 300 bar in berstsichere Behälter gepresst werden muss oder unter dem Einsatz von viel Energie – Experten sprechen von einem Drittel Verlust – auf minus 240 Grad Celsius gekühlt und so verflüssigt in gut isolierte Behälter ins Fahrzeug fließt. Auch ist nicht absehbar, wann eine Speicherung in Nanoröhrchen aus Kohlenstoff im großindustriellen Maßstab erreicht wird.

Die Gewinnung von Wasserstoff als Energieträger ist aufwendig. Ihn mithilfe der Elektrolyse aus Wasser zu gewinnen ist noch das leichteste Verfahren und zudem umweltfreundlich, wenn der Strom aus regenerativen Energien wie Wind oder Sonne erzeugt wird. Den Wasserstoff aber aus Kohlenwasserstoffen wie Öl oder Kohle mithilfe der Dampfreformierung zu generieren kommt teuer, und bei diesem Prozess entsteht ebenso viel Kohlendioxid wie bei deren Verbrennung im Motor. Die Ausgangsposition für Wasserstoff ist daher denkbar ungünstig, auch wenn am Ende saubere Abgase locken, die frei vom Klimagas CO2 sind und nur wenige Teile Stickoxide mit sich führen. Das weiß auch Mazdas Seita Kanai. Er glaubt aber, dass die Vorteile bei der Verbrennung von Wasserstoff im Wankelmotor überwiegen.

Wasserstoff in gebundener Form kommt auf der Erde häufig vor. Reiner Wasserstoff ist extrem zündwillig und verbrennt mit deutlich höheren Geschwindigkeiten als ein Benzin-Luft-Gemisch. Während sich bei Letzterem die Flammfront nach dem zündenden Funken der Hochvoltkerze mit 40 Zentimeter pro Sekunde ausbreitet, erreicht sie im Wasserstoffgemisch mit 265 cm/s fast das Siebenfache. Bei diesem hohen Tempo bleibt der Flamme ausreichend Zeit, sich in dem eigentlich ungünstigen sichelförmigen Brennraum überall auszubreiten und das Gemisch vollständig zu verbrennen.

Neben der rasend schnellen Verbrennung bietet der Rotationskolbenmotor dem Wasserstoff einen weiteren Vorteil. Anders als beim Hubkolbenmotor sind die vier Takte von Einsaugen, Verdichten, Verbrennen und Zünden räumlich getrennt. Die Ansaugkammer des Wankels ist daher deutlich kühler als der gegenüberliegende Brennraum. So kann das extrem zündfähige Gemisch nicht von sich aus entflammen. Die Verbrennung leitet der zündende Funken ein.

Auch kommt der Kreiskolbenmotor dem leichten Wasserstoff entgegen. In der Brennkammer bleibt genügend Platz, einen weiteren Injektor einzubauen, um den Wasserstoff direkt einzublasen. Denn der Wasserstoff mit seiner geringen Dichte füllt zu beinahe einem Drittel das Volumen des Brennraums aus. (Beim Benzin sind es nur 1,7 Prozent.) Da bleibt wenig Platz für das mit Sauerstoff angereicherte Luftgemisch. Insgesamt hat Seita Kanai bei seinen Forschungen festgestellt, dass der Wasserstoff im Kreiskolben immer vollständig und damit effizienter verbrennt als im Hubkolbenmotor.

Wenn auch in Theorie und Praxis Wankel und Wasserstoff deutliche Vorteile bieten, ist die Verfügbarkeit noch völlig ungeklärt. Kritiker wie Befürworter sprechen vom Henne-Ei-Problem: Was muss zuerst da sein?

Die Autos können erst an den Start rollen, wenn die Infrastruktur einer Wasserstoffwirtschaft ausgebaut ist, argumentieren die einen. Die Gegenseite kontert: Erst wenn genügend Autos vorhanden sind, lohnt es sich, den Wasserstoff-Weg zu gehen.

Experten sprechen von 55 Milliarden Euro an Ausbaukosten eines Wasserstoff-Netzes. Allein diese Summe lässt manche daran zweifeln, dass es in absehbarer Zeit neben der Versorgung mit Erdöl, Strom und Gas ein weiteres Leitungsnetz allein für Wasserstoff geben kann. Mazda-Forschungschef Seita kann darüber nur mit der asiatischen Gelassenheit des Wissenden milde lächeln und antwortet: »Wir haben unseren Job gemacht und die Fahrzeuge gebaut.«

Dabei will es Mazda nicht allein bei Wasserstoff & Wankel bewenden lassen. Hybridvarianten mit zusätzlichem Elektromotor sind ebenfalls in der Erprobung. Gute Autos, wie Thorsten Henning Olsen findet. Der norwegische Ingenieur fährt einen Wasserstoff-
Protoyp mit Wankelmotor als Dienstwagen. Er kann ihn auf dem 600 Kilometer langen HyNor, dem ersten Wasserstoff-Highway der Welt zwischen Oslo und Stavanger, bewegen und an Zapfstellen problemlos auftanken.

Zusätzlich führt er eine Notration Benzin im Tank mit – die vollkommen unkompliziert einsetzbare eiserne Reserve für den Fall, dass sich Pionier Olsen mit seinem Auto der Zukunft einmal zu weit vom umweltfreundlichen Wasserstoffpfad entfernt.