Mercedes-Benz 30 Jahre Erfahrung mit der Brennstoffzelle

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Drei Jahre nach dem Startschuss zu einem vielversprechenden Projekt stellte der Stuttgarter Fahrzeugbauer 1994 mit dem „New Electric Car“ das weltweit erste Auto mit Wasserstoff-elektrischem Antrieb vor.

Gut Ding will bekanntlich Weile haben, weiß der Volksmund. Das gilt wohl auch für einen gefühlt recht jungen Bereich automobiler Antriebstechnologie: den mittels Wasserstoff. Genauer gesagt den Wasserstoff-elektrischen Antrieb. Der ist ungleich komplexer als die andere Möglichkeit. Nämlich die, das Gas direkt in einem modifizierten Verbrennungsmotor zur Explosion zu bringen. Diesen Ansatz verfolgte BMW bereits ab den Achtzigern. Konkurrent Mercedes-Benz hingegen setzte auf die Brennstoffzelle. Also darauf, aus Wasserstoff Strom zu erzeugen, mit dem man wiederum einen Elektromotor antreibt.

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So starteten die Stuttgarter am 25. Februar 1991 mit einem Projektvorschlag der damaligen Konzerngesellschaft Dornier GmbH in Friedrichshafen die Entwicklung eines Brennstoffzellenaggregats als Antrieb eines Elektrofahrzeugs. Es war die Ära des „integrierten Technologiekonzerns“: Unter diesem Leitbild vereinte die damalige Daimler-Benz AG mehrere Unternehmen unterschiedlicher Branchen. So bereicherten beispielsweise Gebiete wie Digital- und Computerelektronik sowie Raumfahrt den Wissenspool des Konzerns und damit auch das angestammte Gebiet der Automobiltechnik.

Nur zwei Jahre Entwicklungszeit für den ersten Demonstrator

Dornier entwickelte damals Systeme für die bemannte Raumfahrt, unter anderem eine zur Energieversorgung genutzte AFC-Brennstoffzelle (Alkaline Fuel Cell). In den Achtzigerjahren kam eine neue Brennstoffzellentechnologie auf, die protonenleitende PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC). Sie arbeitete mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen zwischen 60 und 120 Grad Celsius. Das machte ihre Verwendung als Energiewandler in Elektroautos denkbar, um aus Wasserstoff elektrischen Strom zu erzeugen. Genau das schlugen die Entwickler innerhalb des Konzerns vor. Doch die Idee wurde erst einmal abgelehnt – die Zeit war offenbar noch nicht reif dafür.

Rückenwind bekam das Vorhaben 1991: Prof. Hartmut Weule hatte kurz zuvor die Leitung des Forschungsbereichs von Daimler-Benz übernommen. Er selbst war zwar skeptisch gegenüber der Brennstoffzelle im Automobil, hatte jedoch Vertrauen in die Einschätzung seiner Experten. Daher akzeptierte er den Projektvorschlag, ein Brennstoffzellenaggregat für ein Elektrofahrzeug zu entwickeln. Das war das Startsignal für die Ingenieure. Innerhalb weniger Wochen erarbeiteten sie ein konkretes Konzept für ein Antriebsmodul und stellten es Weule vor. Dieser gab im November 1991 den Weg für den Bau eines Demonstrators frei und bewilligte Mittel für zwei Jahre. Das war wenig für die Entwicklung einer neuen Technologie. Doch das Ziel der lokal emissionsfreien Mobilität war verlockend: Den Strom für den Fahrmotor erzeugt die elektrochemische Umwandlung von Wasserstoff, wobei als Reaktionsprodukt mit Luftsauerstoff lediglich Wasser entsteht.

Necar steht heute im Mercedes-Benz-Museum

Der weitere Verlauf war quasi ein Entwicklungssprint. Am 13. April 1994 stellte das Unternehmen der Öffentlichkeit das Necar vor, das „New Electric Car“. Zu diesem Zeitpunkt hatte das Fahrzeug bereits mehrere Tausend Kilometer auf dem Tachometer. Denn fertig war es seit Dezember 1993 und fuhr seitdem störungsfrei. Ein Transporter des Typs MB 100 wurde zum rollenden Labor für die Zukunftstechnologie. Nicht weil damals die Nutzfahrzeuganwendung im Vordergrund steht. Sondern weil das Antriebsmodul rund 800 Kilogramm wog und noch sehr viel Platz benötigte – es nahm fast den gesamten Laderaum ein. Das Fahrzeug erfüllte seine Mission. Es zeigte, dass der Brennstoffzellenantrieb für Automobile geeignet ist. Mit einer Tankfüllung Wasserstoff kam das Necar rund 130 Kilometer weit. Die Höchstgeschwindigkeit betrug 90 km/h. Der Elektromotor leistete 30 kW/41 PS.

Die Entwicklungsschritte in den Folgejahren machten die Brennstoffzellentechnologie alltagstauglicher. Beispielsweise ließen sich alle Komponenten immer besser in Fahrzeuge integrieren, die Leistung stieg, und die Kaltstartfähigkeit verbesserte sich. Auch Nutzfahrzeuge erhielten die innovative Antriebstechnik. Zusätzlich wurde sie in Bussen im regulären Linieneinsatz erprobt – mit Premiere im Nebus (New Electric Bus) 1997. In den Folgejahren sammelte Mercedes-Benz mit mehreren Dutzend Stadtbussen auf Basis des Citaro wertvolle Erkenntnisse im Linieneinsatz in zahlreichen Metropolen in Europa, Australien und China.

Die Brennstoffzelle wird kleiner und findet den Weg in den Pkw

Während Necar 1 und 2 bedingt durch die Größe des Systems auf besagtem Transportermodell basierten, schafften es die Ingenieure mit dem Necar 3, die Technologie erstmals in einen Pkw zu pflanzen. Allerdings besaß das auf der damaligen A-Klasse (W168) basierende Konzeptfahrzeug nur zwei Sitze, den Rest beanspruchte die Technik. In Folge entstand eine Kleinserie von circa 100 Fahrzeugen auf Basis der langen A-Klasse, die ausgesuchte Kunden im Alltag testen durften. Das Necar F-Cell gilt als das beziehungsweise eines der ersten in Serie gefertigten Brennstoffzellenautomobile.

Ihm folgten weitere, verbesserte Modelle, dann auf Basis der A-Klasse W169, die allesamt unter der Bezeichnung „F-Cell“-Modell daherkamen. Bei ihnen gelang es den Konstrukteuren, die Wasserstofftanks im sogenannten Sandwichboden zu verstauen, sodass die Fahrzeuge als vollwertige Vier- beziehungsweise Fünfsitzer genutzt werden konnten. Das im Juni 2008 vorgestellte F-Cell-Modell mit 700-bar-Wasserstoffspeichertechnologie (bislang 350 bar) hatte eine Reichweite von rund 270 Kilometern. Daimler plante mit ihm eine Serienproduktion ab 2010.

Das Aus für den Einsatz in Pkw

Diese Technik kam dann auch in der B-Klasse zum Einsatz. Der 100-kW-Elektromotor ermöglichte eine Höchstgeschwindigkeit von 170 km/h, wobei der Verbrauch mit einem Dieseläquivalent von 3,3 Litern pro 100 Kilometern angegeben wurde. Die Reichweite betrug 385 Kilometer. Mercedes-Benz kündigte an, ab Ende 2009 mit einer Kleinserienproduktion von 200 Fahrzeugen zu starten, zu der es auch kam. 2011 ließ der Konzern verlautbaren, ab 2014 in die Großserienproduktion von Brennstoffzellen-Pkw einsteigen zu wollen. Dieser Einstieg in den „Massenmarkt“ verzögerte sich aber um weitere drei Jahre.

Dann, auf der Internationalen Automobil-Ausstellung 2017, präsentierte Mercedes-Benz die Vorserienversion des GLC F-Cell. Dieses weltweit erste Elektrofahrzeug mit Brennstoffzelle und Plug-in-Hybridtechnologie wurde ab 2018 zunächst von Flottenkunden und ab 2019 auch von weiteren Geschäfts- und Privatkunden eingesetzt. In nur drei Minuten lassen sich die Tanks des Fahrzeugs mit Wasserstoffgas bei 700 bar Druck füllen. Die wasserstoffbasierte Reichweite des 155 kW/211 PS starken Elektrofahrzeugs beträgt rund 430 Kilometer im NEFZ, dazu kommen im Hybridmodus noch einmal rund 50 Kilometer mit Strom aus der Batterie. Am 21. April 2020 wurde bekannt, dass Daimler die Produktion des F-Cell einstellt und keine weiteren Fahrzeuge auf der Basis der Brennstoffzelle geplant sind.

Fortan konzentrierte sich der Konzern auf die weitere Entwicklung und Anwendung der Brennstoffzelle ausschließlich in schweren Lkw und Stadtbussen. 2020 feierte die Daimler Truck AG die Weltpremiere des Brennstoffzellenkonzept-Lkw Mercedes-Benz GenH2 Truck. Der Serienstart soll in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts folgen. Ebenfalls im vergangenen Jahr gründete das Unternehmen die Daimler Truck Fuel Cell GmbH & Co. KG zur Bündelung aller konzernweiten Brennstoffzellenaktivitäten. Diese soll künftig in ein Joint Venture mit der Volvo Group überführt werden. Ziel ist die serienreife Entwicklung, Produktion und Vermarktung von Brennstoffzellensystemen. Dies nicht nur für den Einsatz in schweren Lkw, sondern auch für andere Anwendungen.

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