Innovationen von BMW sind Fortschritt ohne Kompromisse: Mit neun Weltbestleistungen stellte das Wasserstoff-Rekordfahrzeug BMW H2R eindrucksvoll unter Beweis, wie dynamisch und kraftvoll das Wasserstoffauto von Morgen sein kann. Wasserstoff gilt weltweit als Kraftstoff der Zukunft, da er unbegrenzt hergestellt und schadstofffrei im Auto genutzt werden kann. BMW ist weltweit führend in der Entwicklung von Wasserstoff-Fahrzeugen
mit Verbrennungsmotoren, für die es im Leistungsbereich oberhalb von 100 kW unverändert keine wirklich praxistaugliche Alternative gibt: Doch noch während der Produktionszeit des aktuellen 7er wird eine Variante dieser Baureihe auf den Markt kommen, die sowohl mit Wasserstoff als auch mit Benzin betrieben werden kann.

Die Ergebnisse aus dieser Serienentwicklung lieferten auch die Grundlagen für das Rekordfahrzeug. Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor des BMW H2R basiert auf dem Benzin-Triebwerk des BMW 760i und verfügt damit über modernste Technologien wie z. B. die vollvariable Ventilsteuerung VALVETRONIC. Die Modifikationen betreffen vor allem die Kraftstoffeinspritzung, die BMW den speziellen Eigenschaften von Wasserstoff angepasst hat. Der Zwölfzylinder-Motor mit 6 Litern Hubraum leistet über 210 kW/285 PS. Damit beschleunigt der offene Prototyp in ca. 6 Sekunden aus dem Stand auf Tempo 100 und erreicht eine Spitzengeschwindigkeit von 302,4 km/h.

Professor Göschel: „Vision einer nachhaltigen Mobilität Wirklichkeit werden lassen.“

„Neun Rekorde als Startschuss für das Wasserstoff-Zeitalter. Die BMW Technologie ist weit fortgeschritten, jetzt müssen wir gemeinsam mit der Politik und der Energiewirtschaft darangehen, unsere Vision einer nachhaltigen Mobilität Wirklichkeit werden zu lassen“, betont Professor Göschel, Vorstand für Entwicklung und Einkauf der BMW AG. Im Einzelnen stellte der H2R-Prototyp auf dem BMW eigenen Hochgeschwindigkeitskurs von Miramas (Frankreich) folgende Bestmarken geordnet nach Art des Starts, Distanz, Zeit und der daraus errechneten Durchschnittsgeschwindigkeit auf:

– 1 Kilometer mit fliegendem Start in 11,993 s (300,190 km/h)
– 1 Meile mit fliegendem Start in 19,912 s (290,962 km/h)
– 1∕8 Meile mit stehendem Start in 9,921 s (72,997 km/h)
– 1∕4 Meile mit stehendem Start in 14,933 s (96,994 km/h)
– 1∕2 Kilometer mit stehendem Start in 17,269 s (104,233 km/h)
– 1 Kilometer mit stehendem Start in 26,557 s sec (135,557 km/h)
– 1 Meile mit stehendem Start in 36,725 s (157,757 km/h)
– 10 Kilometer mit stehendem Start in 146,406 s sec (245,892 km/h)
– 10 Meilen mit stehendem Start in 221,052 s (262,094 km/h).

Diese Rekorde unterliegen noch der Homologation durch die FIA.

Der Motor: Serien-Zwölfzylinder mit Anpassungen an Wasserstoff.

Das Herzstück des BMW H2R basiert im Wesentlichen auf dem Spitzentriebwerk von BMW, dem Zwölfzylindermotor mit 6 Litern Hubraum. Der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff wird durch eine Anpassung der Motorsteuerung sowie der Komponenten der Gemischbildung ermöglicht.

Wichtigster baulicher Unterschied sind das Wasserstoff-Einblaseventil und die Materialauswahl im Brennraum. Im Gegensatz zum Serienmotor, bei dem der Kraftstoff direkt in den Brennraum gespritzt wird, sitzen die Einblaseventile des Wasserstoffmotors in den Saugrohren. Für die Rekordfahrten wurde der Wasserstoff-Verbrennungsmotor auf monovalenten Betrieb, also ausschließlich auf Wasserstoff, ausgelegt.

Diese Festlegung erlaubte es den Ingenieuren, das Triebwerk speziell auf den Wasserstoffbetrieb abzustimmen. So wurden beispielsweise Ventilsitzringe aus speziellem Material eingesetzt. Der Grund: Wasserstoff fehlt die schmierende Wirkung des Benzin-Luft-Gemisches. Zur Erinnerung: Dieser Effekt der verminderten Schmierung trat auch bei der Einführung von bleifreiem Benzin auf, seither wird in Serienmotoren ein widerstandsfähigerer Werkstoff eingesetzt.

Besserer Wirkungsgrad mit Wasserstoff.

Grundsätzlich hat Wasserstoff deutlich andere Verbrennungseigenschaften als Benzin oder Dieselkraftstoff. Er verbrennt bei normalem Luftdruck zwar schneller, aber mit etwas niedrigerer Temperatur als Benzin. Im Motor sorgt die hohe Brenngeschwindigkeit des Wasserstoff-Luft-Gemisches dafür, dass eine höhere Temperatur als in einem benzinbetriebenen Motor entsteht. Dementsprechend wurde die Motorsteuerung des Wasserstoff-Rekordfahrzeugs BMW H2R so angepasst, dass das Gemisch erst im oberen Totpunkt des Kolbens gezündet wird, um die maximale Leistung zu erreichen. Der höhere Verbrennungsdruck des Wasserstoff-Gemischs hat dabei handfeste Vorteile: Mehr Kraft aus gleichem Energieeinsatz ergibt einen besseren Wirkungsgrad. Und das bei sehr hoher Umweltfreundlichkeit: Durch die intelligente Motorsteuerung wird die Verbrennung jederzeit so geregelt, dass der BMW H2R praktisch nur Wasserdampf emittiert.

Spezielle Einblaseventile für den Wasserstoff-Betrieb.

Die – möglichst späte – Einblasung des Wasserstoffs in das Saugrohr stellt gleichzeitig hohe Anforderungen an die Einblaseventile. Sie sind eine wegweisende Neuentwicklung für BMW. Da gasförmiger Wasserstoff mehr Volumen pro Energieeinheit als flüssiges Benzin aufweist, sind die Einblaseventile größer als konventionelle Einspritzventile. Hinzu kommt, dass sie eine deutlich größere Spreizung abdecken: Sie müssen mit unterschiedlichen Systemdrücken und gleichzeitig sowohl mit sehr kurzen als auch mit längeren Einspritzzeiten arbeiten können. Ein Hauptziel ihrer Entwicklung war es, in dem sehr kurzen Einspritzzeitraum bei höchster Drehzahl und Volllast die erforderliche Wasserstoffmenge in das Saugrohr einzublasen.

Sicherheitstechnik.

Das Kraftstoffsystem des Rekordfahrzeugs BMW H2R basiert auf einem bewährten Konzept aus der Serienentwicklung. Befüllt wird der BMW H2R an einer mobilen Wasserstoff-Tankstelle mittels einer manuellen Tankkupplung. Der vakuumisolierte, doppelwandige Tank fasst mehr als 11 Kilo Flüssigwasserstoff und ist neben dem Fahrersitz untergebracht. Gleich drei Ventile sorgen für höchstmögliche Sicherheit: Das Betriebsventil am Tank öffnet bei einem Druck von 4,5 bar. Zwei zusätzliche Sicherheitsventile sorgen dafür, dass auch Leckagen im Kältemantel ohne gefährliche Folgen bleiben: Sie öffnen, wenn im Tankinneren mehr als 5 bar herrschen. Das umfangreiche Sicherheitssystem des BMW H2R wird zusätzlich per Telemetrie, entlehnt aus der Formel 1, permanent überwacht. Vier Wasserstoffsensoren an neuralgischen Stellen – etwa dem Tankraum und dem Bereich um die Tankkupplung – erkennen und melden Leckagen sofort.

BMW Forschungsmotor: 50 Prozent Wirkungsgrad erreichbar.

Trotz seiner Leistungsfähigkeit markiert das Triebwerk des BMW H2R nur einen der ersten Schritte in der Entwicklung von Wasserstoff-Motoren: Das Entwicklungspotenzial ist noch längst nicht ausgeschöpft. Bei äußerer Gemischbildung kann die Leistung des Wasserstoff-Motors durch Aufladung gesteigert werden. Als Maßnahme zur weiteren Wirkungsgradsteigerung bei gleichzeitiger Leistungssteigerung bietet sich die Kombination von Wasserstoff-Direkteinblasung und Aufladung an, die die spezifische Leistung solcher Wasserstoff-Motoren über das Niveau von Benzinmotoren hebt.

In der Forschungsabteilung der BMW Group wird an einem Wasserstoff-Motor gearbeitet mit dem langfristigen Ziel, einen effektiven Wirkungsgrad von 50 Prozent im Bestpunkt zu erreichen. Dieses anspruchsvolle Ziel soll durch Optimierung des Brennverfahrens unter Ausnutzung der hervorragenden Brenneigenschaften von Wasserstoff (niedrige Aktivierungsenergie, hohe Flammgeschwindigkeiten) und weiterer Maßnahmen wie der Reduzierung der Reibleistung des Motors, der Optimierung der Nebenaggregate und des Gesamtenergiemanagements erreicht werden.

BMW beständiger Impulsgeber für Wasserstofftechnologie.

BMW hat sich den internationalen Vorsprung in der Wasserstoff-Technologie in über 20 Jahren Forschung und Entwicklung hart erarbeitet. Nicht nur in der Motorentechnik, sondern auch in der Gewinnung, Betankung und Speicherung von Wasserstoff liefert BMW Wissen. So treibt die BMW Group schließlich konsequent die Einführung von Wasserstoff als Energieträger
der Zukunft voran, baut Partnerschaften mit anderen Firmen zur Entwicklung von Komponenten und Technologien auf und sensibilisiert sowohl politische Entscheidungsträger wie auch die Energiewirtschaft für die Notwendigkeit, jetzt die Umsetzung einzuleiten. CleanEnergy Partnership: umfassender Probebetrieb mit Wasserstoff in Berlin.

Eine der tragenden Partnerschaften zur praxisnahen Erprobung der Wasserstoff-Technologie in Deutschland ist die CleanEnergy Partnership (CEP), im Juni 2002 gemeinsam gegründet von der BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel und MAN. Die mit einer Projektlaufzeit bis voraussichtlich 2007 und mit 33 Millionen Euro ausgestattete CEP ist Bestandteil der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie und wird von der deutschen Bundesregierung unterstützt und gefördert.

Sie demonstriert zukunftsweisende Technologien und zeigt technische wie wirtschaftliche Voraussetzungen zum Einsatz alternativer Kraftstoffe im Straßenverkehr auf. Ein elementarer Punkt ist hierbei der Nachweis positiver Effekte auf die Umwelt. Wasserstoff soll deshalb so weit wie möglich mittels regenerativer Energien hergestellt werden, also hauptsächlich mit Strom aus Sonnenenergie, Wasser- oder Windkraft. Damit fallen angefangen bei der Erzeugung bis hin zur Nutzung von Wasserstoff praktisch keine unerwünschten Emissionen an. BMW beteiligt sich an dem Projekt mit dem Betrieb von Wasserstoff-Fahrzeugen.

Tankstelle für flüssigen und gasförmigen Wasserstoff geht in Dienst.

Kernpunkt der CEP ist der Bau und Alltagsbetrieb einer Wasserstoff-Tankstelle. Am 12.11.2004 fand in Anwesenheit von hochrängigen Gästen aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft die offizielle Eröffnung der ersten in den Alltagsbetrieb einer konventionellen Tankstelle integrierten Wasserstoff-Tankstelle statt. Neben Ottokraftstoffen und Diesel können hier zwei Arten von Wasserstoff getankt werden: gasförmiger (Compressed Gaseous Hydrogen CGH2) und flüssiger Wasserstoff (Liquid Hydrogen LH2). Letzterer zeichnet sich durch die höchste Energiedichte aus und wird von der BMW Group aus Gründen der Handhabung und der erzielbaren Fahrzeugreichweite favorisiert.

Quelle: BMW Pressemitteilung vom 18.11.04

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