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Methanol-Brennstoffzelle – ein revolutionärer neuer Antrieb?
14. April 2022
Autoteile & Technik

Methanol-Brennstoffzelle – ein revolutionärer neuer Antrieb?

Nahezu lautloses und emissionsfreies Fahren. Dazu über 800 Kilometer Reichweite und das Zwischentanken dauert nur drei Minuten. Das klingt für Fahrer von Elektroautos wie ein ferner Wunschtraum. In Fahrzeugen mit einer sogenannten Methanol-Wasserstoff-Brennstoffzelle könnte dieser heute schon Wirklichkeit werden. Aber was ist der Unterschied zum gewöhnlichen Wasserstoff-, bzw. Brennstoffzellenauto? Und worin liegen die Probleme der Technologie? Ist es eine realistische Alternative zum Batterie-betriebenen Elektroauto?

Roland Gumperts Methanol-Wasserstoff-Brennstoffzelle

Als Pionier dieses revolutionären Systems zählt sich Ingenieur Roland Gumpert. Gumpert ist kein ungefährer: Jahrzehntelang war er Entwickler bei Audi. Als späterer Chef von Audi Sport war er einer der Wegbegleiter des quattro-Allradantriebs. Unter seiner Ägide gewann Audi vier World Rally Championship Titel. Mitte der 2000er baute er schon mal ein eigenes Auto, den Hypersportwagen Gumpert Apollo. Dieser galt zwischenzeitlich als schnellstes Rennstrecken-Auto der Welt mit Straßenzulassung. Mittlerweile 76 Jahre alt, konzentriert sich Gumpert nun lieber auf die Zukunft der Mobilität.

Gumperts erstes Auto war der Hypersportwagen "Apollo". (Bild: GUMPERT AIWAYS GmbH)

Um das Methanol-Wasserstoff-Konzept zu verdeutlichen will er nun einen elektrischen Kleinseriensportwagen als Technologieträger bauen, den „RG Nathalie“. Die Brennstoffzelle liefert dabei permanent 15kW. Sie versorgt vier Elektromotoren mit einer Gesamtleistung von 400 kW/544 PS. Von 0 auf 100 km/h soll das Auto binnen 2,5 Sekunden beschleunigen, die Höchstgeschwindigkeit liegt laut Gumpert bei etwa 300 km/h.

Die Methanol-Brennstoffzelle produziert dabei konstant Strom, der für sich genommen schon für eine Geschwindigkeit von etwa 130 km/h ausreichen soll. Für schnellere Sprints versorgt eine Batterie den E-Motor mit zusätzlicher Energie. Bei Geschwindigkeiten unter 130 km/h wird die überflüssige Energie in die Batterie gespeist; ebenso im Stop-and-go-Verkehr und bei jeglichem Stillstand.

Das Methanol im Tank des Autos wird also ständig zu Strom konvertiert, bis die Batterie wieder vollgeladen ist. Sie kann also theoretisch nur erschöpft werden, wenn auch das Methanol ausgeht. Das ist einer der großen Unterschiede zur herkömmlichen Wasserstoff-Brennstoffzelle – welche vom Grundprinzip her gleich funktioniert.

Das Tankvolumen des Gumpert Nathalie soll so für eine Reichweite von etwa 820 Kilometer, bei 120 km/h, sorgen. Der Tankvorgang selbst dauert nur drei Minuten, genau wie beim Verbrennungsmotor. Damit ist er signifikant kürzer als der Ladestopp eines herkömmlichen Elektroautos, das selbst an Schnellladesäulen rund eine halbe Stunde für 80 Prozent Ladung braucht.

Wie funktioniert die Methanol-Brennstoffzelle?

Während bei einer klassischen Brennstoffzelle der Wasserstoff in einen Hochdruckbehälter – eine Art Riesen-Gasflasche – unter mehreren hundert Bar Druck gepresst wird, damit er sich überhaupt effizient komprimieren lässt, wird in Gumperts Antrieb ein Methanol-Wasser-Gemisch gefüllt. Denn bei normalen Temperaturen und Druckverhältnissen ist Methanol ganz einfach flüssig. In einer metallischen Box, genannt Reformer, erhitzt sich das Methanol dann auf 300 Grad Celsius und wird in einem Katalysator in seine Bestandteile aufgespalten: Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid.

Kohlenstoff und Sauerstoff entweichen als CO2 in die Luft, der Wasserstoff erzeugt den für den Antrieb nötigen Strom. Die Energie, die im Wasserstoff gespeichert ist, wird als Strom freigegeben. Der wiederum wird entweder in die Batterie gespeist oder treibt direkt einen Elektromotor an. Im Gegensatz zum herkömmlichen Wasserstoffauto setzt das Methanolauto also lokal Klimagase frei. Diese müssen erst über klimaneutrale Methanol-Erzeugung kompensiert werden, um an einem Null-Kreislauf anzugelangen.

Was ist Methanol?

Ingenieur Roland Gumpert und sein geistiges Kind. (Bild: GUMPERT AIWAYS GmbH)

Methanol ist ein alkoholischer Treibstoff mit einer Energiedichte von 4,4 Kilowattstunden pro Liter. Überwiegend wird Methanol noch mit Erdgas hergestellt. Es kann mithilfe von Wasser, grünem Strom und CO2 aus Industrieabgasen, oder aus Biomasse klimaneutral hergestellt werden. Wir wollen nicht zu tief in chemische Prozesse abdriften, daher ganz oberflächlich: Wird Wasserstoff mit CO2 gemischt, entsteht Methanol.

Grüner Wasserstoff wird wiederum aus Wasser mittels Elektrolyse hergestellt. Dabei werden für die Elektrolyse Überkapazitäten der Stromproduktion genutzt, etwa Strom von Windrädern zur Nachtzeit, oder Solarstrom an sonnigen Sommertagen.

Welche Vorteile bietet die Methanol-Brennstoffzelle?

Theoretisch kombiniert die Methanol-Brennstoffzelle die Vorteile von Elektroautos mit denen von Verbrennern. Wie beim E-Motor mit Brennstoffzelle findet in einer Methanol-Brennstoffzelle eine saubere Verbrennung statt. Aber: Das Methanol muss vorher klimaneutral hergestellt werden. Dazu kommt wie beim normalen Verbrenner ein schneller Tankvorgang.

Zudem passt der Antriebsstrang aus E-Motor, Tank, Brennstoffzelle und Batterie, von Kleinwagen über Limousinen und Sportwagen, bis zum Lastwagen mit 40 Tonnen. Im Vergleich zu einem E-Auto mit reinem Batterieantrieb wiegt das Brennstoffzellen-Fahrzeug außerdem ein paar hundert Kilogramm weniger.

Der bei weitem größte Vorteil aber ist, dass Methanol sich wesentlich einfacher und günstiger transportieren lässt. Im Prinzip ließe sich auch die vorhandene Tankstellen-Infrastruktur nutzen, um Autos oder Lkw damit zu betanken, mit kleineren Anpassungen.

Was ist Wasserstoff?

Die Brennstoff-Zelle selbst ist die gleiche wie bei einem normalen Wasserstoff-Auto. (Bild: GUMPERT AIWAYS GmbH)

Wasserstoff ist erst einmal einfach Bestandteil von Wasser, sowie beinahe allen organischen Verbindungen auf der Welt. Reines H2 kommt in der Natur jedoch nicht vor und muss deshalb aufwändig hergestellt werden. Bisher geschieht das aus fossilen Energien wie Erdgas. Die Produktion verschlingt jedoch so viel Energie, dass die CO2-Bilanz nur dann stimmt, wenn sie klimaneutral geschieht.

Welche Nachteile hat eine Methanol-Brennstoffzelle?

Die Methanol-Brennstoffzelle befindet sich noch in keinerlei Serienproduktion. Entsprechend teuer ist dieser Antrieb. Der GP Nathalie kostet rund 400.000 Euro. Außerdem gibt es noch keine Tankstellen, die Methanol anbieten. Um überhaupt emissionsfrei fahren zu können, muss das Methanol klimaneutral hergestellt werden – und das kostet zusätzliche Energie. Obendrein besitzt Methanol im Vergleich zu Benzin nur die Hälfte der Energie.

Dafür liegt der Wirkungsgrad der Methanol-Brennstoffzelle, laut Gumpert, bei etwa 45 Prozent. Zum Vergleich: Bei einem Ottomotor beträgt dieser Wert rund 30 bis 40 Prozent. Bei einem Elektroauto mit Batterie zwischen 65 bis maximal 80 Prozent – inklusive Strom-Übertragungsverlusten, aber ohne Erzeugung. Vollkommene CO2-Neutralitität wird daher nur erreicht, wenn Methanol durch regenerative Energie erzeugt wird – nur dann wird der Antrieb richtig grün. Eine Infrastruktur für die grüne Herstellung gibt es aber kaum.

Die Milliarden-Euro-Frage ist: Sind die Energie- und Effizienz-Gewinne, die aus dem geringeren Transport-Aufwand resultieren ausreichend, um die geringere Effizienz der Methanol-Zelle zu kompensieren? Sowohl gegenüber herkömmlich-elektrischen Fahrzeugen, aber erst recht gegenüber der reinen Wasserstoff-Brennstoffzelle. Diese muss schließlich ihren Treibstoff nicht erst noch durch Erhitzung erzeugen. All das lässt sich noch nicht abschließend klären.

Nicht zuletzt sollte auch erwähnt werden, dass Methanol und vor allem seine Dämpfe giftig sein können. Der Umgang mit dem Stoff müsste also vorsichtiger erfolgen als mit Benzin oder Diesel.

Wer forscht in dem Bereich?

Vor Roland Gumpert hat Mercedes-Benz schon in den 1990er-Jahren an der Methanol-Brennstoffzelle geforscht. Mit dem NECAR 3 (New Electric Car) gab es 1997 auf der IAA sogar ein erstes Versuchsfahrzeug zu bestaunen. Audi, BMW und Volkswagen entwickeln bereits seit Jahrzehnten Brennstoffzellen, aber nur solche die mit Wasserstoff arbeiten. Die Konzerne haben sich größtenteils gegen eine Weiterentwicklung entscheiden, weil die Systeme sehr komplex, zu teuer und zu aufwändig seien.

Der Markt an Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen ist derzeit sehr überschaubar. Aktuell bietet nur Toyota den Mirai an. Anfang letzten Jahres konnte man auch kurzzeitig den Hyundai ix 35 Fuel Cell bei uns kaufen.

Wann kommt die Methanol-Brennstoffzelle?

Die Methanol-Brennstoffzelle wurde von Mercedes für eine Reihe Versuchsfahrzeugen erfunden. (Bild: GUMPERT AIWAYS GmbH)

Derzeit entwickeln fast alle Autohersteller Elektrofahrzeuge. Wasserstoffautos behandeln sie hingegen gar nicht oder nur am Rande. Das wird sich ziemlich sicher auch in den nächsten Jahren nicht ändern. Die Industrie und auch die politische Unterstützung geht voll und ganz auf Elektroautos mit Batterie. Der RG Natalie ist derzeit das einzige Fahrzeug, dass mit Methanol-Wasserstoff fährt und das es zu kaufen gibt. Tankstellen in der Nähe der Besitzer will Roland Gumpert die Umrüstung zur Methanol-Zapfsäule spendieren – sonst könnten die Besitzer kaum emissionslos fahren.

Titelbild: GUMPERT AIWAYS GmbH

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** Weitere Informationen zum offiziellen Kraftstoffverbrauch und den offiziellen spezifischen CO2 -Emissionen neuer Personenkraftwagen können dem 'Leitfaden über den Kraftstoffverbrauch, die CO2 -Emissionen und den Stromverbrauch neuer Personenkraftwagen' entnommen werden, der an allen Verkaufsstellen und bei der Deutschen Automobil Treuhand GmbH unter www.dat.de unentgeltlich erhältlich ist.

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