850 km Elektro-Reichweite: Roland Gumpert erklärt Funktionsweise seiner „Nathalie“

Es ist flüssig, leicht zu handhaben und weitaus ungefährlicher als Benzin: ein Gemisch aus Methanol und Wasser. In Verbindung mit einer kompakten Brennstoffzelle kann sie die Reichweiten-Angst aller E-Auto-Fahrer überwinden. Niemand muss mehr mit leerem Akku stehen bleiben.

Eine Methanol-Brennstoffzelle, wie sie zum Beispiel in „Nathalie“ ihren Dienst verrichtet, „betankt“ das Fahrzeug permanent mit 5 kW elektrischer Leistung. Die für Elektrofahrzeuge typische Reichweitenangst ist damit passé. Als erstes reines Elektroauto ist Nathalie damit unabhängig von Ladesäulen.

Der für die Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff wird aus einem Methanol-Wasser-Gemisch gewonnen. Dieses kann in wenigen Minuten nachgetankt werden. Das Nachtanken von Kraftstoff ist ein bekanntes Prinzip und jedem Autofahrer weltweit geläufig. Ein langes Warten an Elektro-Ladestationen ist damit nicht notwendig.

Die größten „E-Autos“ der Welt wiegen über 600 Tonnen

Betracht man lediglich die Art und Weise, wie die Räder eines Fahrzeugs angetrieben werden, könnten auch die größten Tagebau-Muldenkipper der Welt als „E-Autos“ bezeichnet werden, denn in den Achsen oder Radnaben sitzen gigantische E-Motoren, die für den Vortrieb sorgen. Dieses Antriebskonzept hat einen großen Vorteil, dass erkannte auch Christian von Koenigsegg, als er überlegte, auf welche schweren Fahrzeugkomponenten er in seinem nächsten Auto verzichten kann. Sein Fazit? Das Getriebe ist überflüssig.

Beim klassischen Verbrennungsmotor wird die chemische Energie aus Benzin, Diesel oder Erdgas direkt in mechanische Energie umgewandelt. Ein schweres mechanisches Getriebe überträgt diese an die Antriebsräder. Durch die Umwandlung der chemischen Energie in elektrische Energie kann das Getriebe durch Stromkabel ersetzt werden. Erst direkt am Rad oder der Achse wandelt ein E-Motor die Energie in mechanische Energie um.

Im Gegensatz zu einem Tesla, der seine Energie ausschließlich aus einem Akku bezieht, stammt die Energie bei den Muldenkippern von einem Verbrennungsmotor, der an einen Generator gekoppelt ist. Ganz ähnlich funktioniert die Energiebereitstellung beim Koenigsegg Regera und bei Nathalie.

Quasi ein E-Auto: Die Räder der größten Muldenkipper der Welt werden durch E-Motoren angetrieben. Foto: MONIRUL BHUIYAN/AFP/Getty Images

5 kW Dauerleistung statt 870 kW Spitzenleistung

Während im Koenigsegg Regera ein Ottomotor mit 5 Liter Hubraum und 870 kW Leistung für die nötige Energie sorgt, reicht Nathalie eine Brennstoffzelle mit lediglich 5 kW. Jedoch benötigen beide Supersportler für den Sprint von 0 auf 100 km/h weniger als drei Sekunden. Das scheint angesichts der schieren Motorleistung des Koenigsegg unmöglich. Um zu erklären, warum dennoch beide Fahrzeuge ähnliche Fahrleistungen erzielen, ist eine weitere Komponente zu berücksichtigen: Wie werden die Räder angetrieben?

Wie bei den großen Muldenkippern sorgen in beiden Fällen E-Motoren für die Drehung der Räder. Beim Regera sind es drei Motoren mit insgesamt 525 kW Leistung. Nathalie wird von vier E-Motoren mit insgesamt 300 – 600 kW angetrieben. Diese Gemeinsamkeit erklärt die ähnlichen Fahrleistungen, jedoch nicht, warum „Nathalie“ mit lediglich 5 kW Leistung auf diese Werte kommt. Die Auslösung liegt im Detail. Ein Fahrzeug braucht, außer beim Beschleunigen, nie die volle Leistung. Selbst bei hohen Autobahngeschwindigkeiten ist die tatsächlich momentan benötigte Energie geringer als beispielsweise beim Vollgas-Start.

Während der Ottomotor im Koenigsegg „bis zu 870 kW“ bereitstellen kann, leistet die Brennstoffzelle in Nathalie „immer 5 kW“. Der Motor im Koenigsegg gibt seine Energie direkt an die E-Motoren weiter. Überschüssige Energie, zum Beispiel im Leerlauf an der Ampel, geht verloren. Nathalie hingegen speichert die Energie aus der Brennstoffzelle zuerst in einem Akku. An der Ampel, beim Dahinrollen im Stadtverkehr und beim Bremsen wird dieser Akku ständig geladen. Drückt der Fahrer aufs Gas, erhöht sich nicht etwa die Drehzahl des Motors, um mehr Energie bereitzustellen, sondern lediglich die Leistungsabgabe des Akkus.

„Nathalie“ mit Methanol-Brennstoffzelle. Foto: Roland Gumpert

Nachtanken statt warten: Die Zukunft der Mobilität heißt Methanol

Der Treibstoff für Nathalies Brennstoffzelle, ein Methanol-Wasser-Gemisch, bietet weitere Vorteile. Für die Betankung mit reinem Wasserstoff werden Drücke von bis zu 1.000 bar notwendig. Die dafür notwendige Technik ist entsprechend teuer. Aufgrund der hohen Brand- und Explosionsgefahr müssen konventionelle Tankstellen wiederum zahlreiche Sicherheitsauflagen erfüllen, wenn sie neben Benzin und Diesel auch Wasserstoff anbieten.

Zudem ist reiner Wasserstoff enorm flüchtig. Binnen zwei Monaten „verdampft“ ein beträchtlicher Teil aus dem Fahrzeugtank. Bisher ist es technisch nicht möglich, dies zu verhindern. Grund hierfür ist die chemische Struktur des kleinsten bekannten Moleküls. Bei in Methanol gebundenem Wasserstoff bestehen all diese Probleme nicht. Methanol ist mit wenig Aufwand in ein bestehendes Tankstellennetz integrierbar.

Auch der Blick auf die Gesamt-Ökobilanz spricht nicht für die Verwendung reinen Wasserstoffs. Wenn man die CO₂-Bilanz von der Quelle bis auf die Straße betrachtet, schneidet flüssiger Wasserstoff sogar schlechter ab als Diesel. Grund dafür sind die extremen Drücke bei der wechselseitigen Betankung und die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen. Als Vergleich: Diesel verursacht ca. 160 g CO₂/km, reiner Wasserstoff ca. 180 g CO₂/km und Methanol etwa 30-40 g CO₂/km. Bei sogenanntem „grünem Methanol“ sinken die CO₂-Werte pro Kilometer sogar auf Null.

Grünes und Schwarzes Methanol

Methanol ist ein sehr einfaches Molekül und in Hülle und Fülle vorhanden. Methanol wird unter anderem bei Recyclingprozessen gewonnen oder kommt traditionell in großen Mengen aus der petrochemischen Industrie. In diesem Fall spricht man vom „schwarzen Methanol“. Noch sauberer geht es mit „grünem Methanol“. Dieses kann aus Kohlendioxid und Wasser synthetisiert werden.

Auf demselben Prinzip basiert Nathalies Methanol-Brennstoffzelle. Nur dass die Reaktion in die andere Richtung abläuft. Dabei reagiert Methanol (CH₃OH) mit Wasser (H₂O) zu Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffdioxid (CO₂). Der Wasserstoff reagiert in der Brennstoffzelle wiederum mit dem Luftsauerstoff (O₂) zu Wasser (H₂O) und setzt dabei elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs frei.

Die chemischen Reaktionen und die Gesamtreaktion der Methanol-Brennstoffzelle. Foto: Epoch Times

Da das freigesetzte Kohlenstoffdioxid zuvor zur Synthese des grünen Methanols genutzt wurde, und es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, wird die Umwelt bis auf die Umwandlungsverluste nicht belastet. Kombiniert man diesen Prozess mit nachhaltig gewonnener Energie, ergibt sich eine emissionsfreie Mobilität. Chemisch, ökonomisch und ökologisch hat Methanol tatsächlich das Zeug zum Treibstoff für die Mobilität der Zukunft.

Abschließend heißt es in der Pressemitteilung von Gumpert: „Mit Nathalie ist uns ein sicheres Wasserstoffauto gelungen, welches mit Methanol und Wasser fährt und in drei Minuten nachgetankt ist – und das ganz ohne Reichweitenangst. Unter diesem Credo werden auch die folgenden Entwicklungen […] stehen, um diese Technologie auch im ‚Jedermann Auto‘ verfügbar zu machen.“

Wir schauen gespannt auf Nathalie und freuen uns auf ihren kleinen Bruder für Jedermann.