Toyota Mirai, Brennstoffzelle mit Elektromotor 134 kW (182 PS), stufenloses Getriebe, Wasserstoffverbrauch Kurzstrecke (niedrig) 0,74 kg pro 100 km, Stadtrand (mittel) 0,70 kg pro 100 km, Landstraße (hoch) 0,76 kg pro 100 km, Autobahn (Höchstwert) 1,17 kg pro 100 km, kombiniert 0,89 kg pro 100 km, Stromverbrauch kombiniert 0 kWh pro 100 km, CO2-Emissionen kombiniert 0 g pro km (Werte gem. WLTP-Prüfzyklus)
Wasserstofftanks im Mirai – so sicher wie ein Safe
Mit dem gängigen Vorurteil, Wasserstoff sei gefährlicher als Benzin, räumt einmal mehr der Toyota Mirai auf. In der neuen Modellgeneration der Brennstoffzellen-Limousine stecken gleich drei Wasserstoff-Hochdrucktanks – und bilden eine Art Hochsicherheitstrakt.
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, sauber, umweltfreundlich und in nahezu unbegrenzter Menge vorhanden. Viele Menschen assoziieren Wasserstoff aber noch immer mit Gefahr, besonders, was seine Speicherung betrifft. Warum eigentlich? Als Industriegas wird Wasserstoff (H2) bereits seit über 100 Jahren genutzt, von Firmen gespeichert, transportiert, beim Kunden abgeliefert und dort gespeichert, ohne dass es dabei zu Problemen kommt. Die Erfahrungen im Umgang mit dem Gas sind entsprechend riesig.
Hochdruck oder Tieftemperatur?
Gespeichert wird Wasserstoff in Hochdrucktanks mit bis zu 700 bar. Komplexer wäre die flüssige Speicherung. Hierzu muss das Gas erst auf minus 253 Grad Celsius heruntergekühlt und dann in extrem gut isolierten Tanks, ähnlich einer großen Thermoskanne, gespeichert werden. Bei längeren Standzeiten jedoch erwärmt sich auch solch ein Tank, das Gas dehnt sich aus, der Druck steigt und muss über ein Ventil entweichen. Für den Einsatz in einem Brennstoffzellen-Auto ist dies keine Option. Aufgrund der beschränkten Platzverhältnisse hat sich hier die Druckgasspeicherung mit Hochdrucktanks als die sinnvollste Lösung etabliert.
Diese Art Tank findet auch im Toyota Mirai Anwendung. Seine neu entwickelte GA-L-Plattform liefert mit ihrer sehr verwindungssteifen Struktur nicht nur das Gerüst für ein hohes Maß an Crash-Sicherheit, sondern ermöglicht auch die Installation eines dritten Tanks. Der sitzt quer hinter der Hinterachse unter dem Kofferraumboden. Die beiden anderen Tanks bilden das klassische T, heißt im Fall Mirai: Der größere ist in Längsrichtung im früheren Kardantunnel angeordnet. Der zweite ist quer unter der Rückbank platziert. Die Gesamtkapazität der drei Tanks beträgt nun 5,6 Kilogramm beziehungsweise 142,2 Liter. Die Reichweite konnte gegenüber dem Vorgängermodell um gut 30 Prozent auf jetzt rund 650 Kilometer gesteigert werden.
Diese vier Tank-Typen gibt es
Die Wasserstoffbranche unterscheidet derzeit vier verschiedene Tanktypen und kategorisiert diese in Typ 1 bis 4. Als „Klassiker“ (Typ 1) gilt der Stahlzylinder. Seine Nenndrücke liegen üblicherweise bei rund 200 bar. Typ 2 ist ebenfalls ein zylindrischer Behälter, besitzt jedoch im zylindrischen Teil eine Ummantelung aus Glas- oder Kohlefaser und kommt meist stationär zur Anwendung. Der Typ 3 lässt Drücke bis zu 700 bar zu und wurde lange Zeit im Automobilbau bei der Erprobung des Wasserstoffantriebs genutzt. Sein Metallkörper – Fachleute sprechen vom „Liner“ – besteht aus Gewichtsgründen meistens aus Aluminium. Die Ummantelung aus hochfesten, kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen zieht sich viellagig gewickelt um den gesamten Behälter herum.
Im Toyota Mirai hingegen kommt der Typ 4 zum Einsatz. Er gilt als das Leichtgewicht, da der Liner hier nicht aus Metall, sondern aus einem Hightech-Kunststoff besteht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil für den Praxisgebrauch: Die Tankanlage des Mirai ist absolut dicht und lässt keinen Wasserstoff diffundieren. Bei der Ummantelung kommt wie beim Typ 3 ebenfalls Kohlefaser zum Einsatz. Über der Kohlefaser-Außenschale befindet sich eine Schicht aus GFK (Glasfaserverstärker Kunststoff). Beschädigungen lassen sich an dieser GFK-Schutzhülle gut erkennen. Übrigens, typisch Toyota: Die Tankanlage wird nicht zugeliefert, sondern in Eigenregie selbst produziert – in einer Art Webstuhl – und schlägt damit eine ideelle Brücke zur Vergangenheit von Toyota als Webstuhlhersteller. Doch selbst der Typ 4 ist noch nicht das Endstadium der Tanktechnologie. Forscher arbeiten bereits an Wasserstofftanks, die ohne Liner auskommen und vollständig aus kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen bestehen. Auch die Speicherung von Wasserstoff durch die physikalische oder chemische Bindung an einen anderen Stoff ist denkbar.
Hohe Sicherheitsanforderungen, harte Prüfungen
Die Tanks des Mirai sind darauf ausgelegt, einem Druck von bis zu 225 Prozent ihres Betriebsdrucks nach GTR-Standard standzuhalten. GTR steht für „Global Technical Regulations“, die von den Vereinten Nationen verabschiedet wurden und rechtlich bindend sind. Bei der Druckprüfung wird also mit dem mehr als doppelten Wert des zugelassenen Betriebsdrucks gearbeitet. Heißt: Der 700-bar-Hochdrucktank im Mirai muss im Zulassungstest mehr als 1.500 bar noch schadlos überstehen. Wasserstofftanks müssen für ihre Zulassung also eine Reihe von härtesten Prüfungen überstehen. In Deutschland regelt dies die BAM, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Zu den Tests zählen neben Innendruckbelastungen bei sehr hohen und tiefen Temperaturen auch Brand- oder Fallprüfungen, Säuretests oder auch Durchstoßprüfungen. Bei Letzterem spricht man auch von Beschusstests.
Was genau bei einem Beschusstest passiert, zeigt dieses Video:
Tanken – bedienfreundlich und sicher
Nicht nur die Tanks, sondern auch das Tanken muss sicher sein – und gleichzeitig bedienfreundlich. Die Verbindung von der Tankkupplung zum Fahrzeug ist eine sogenannte geschlossene Verbindung. Das bedeutet: Wasserstoff strömt erst, wenn der Sitz der Zapfpistole und die Leitung auf Dichtigkeit geprüft wurde. Da die Zapfsäule mit dem Auto per Infrarot-Schnittstelle kommuniziert, kann die Anlage sofort abschalten, sollte etwas im Leitungssystem des Fahrzeugs nicht stimmen.
Wasserstoff versus Benzin
In Sachen Sicherheit werden Brennstoffzellenautos in der Regel besser beurteilt als konventionelle Modelle mit Verbrennungsmotor. In Versuchsreihen und Crashtests ist dies immer wieder betätigt worden. Wasserstofftanks sind konstruktionsbedingt wesentlich widerstandsfähiger als Tanks für Benzin. Bei einem Unfall besteht in Bezug auf Wasserstoff, Tank und Leitungen keine erhöhte Gefahr. Ein Leck ist längst nicht so schlimm wie bei einem Benzinmodell. Sollte solch ein Fall beim Mirai tatsächlich einmal auftreten, würden dies mehrere hochempfindliche Sensoren sofort registrieren, sämtliche Sicherheitsventile automatisch schließen und das Fahrzeug abschalten. Im Toyota Mirai befinden sich zudem alle drei Tanks außerhalb der Fahrgastzelle, das austretende Gas verflüchtigt sich, ohne mit den Passagieren in Kontakt zu kommen. Selbst wenn Feuer auf die Tanks einwirken sollte, besteht keine Explosionsgefahr wie bei einem Benzintank. Ein Sicherheitsventil bläst bei Hitzeentwicklung den Wasserstoff kontrolliert ab.
Einen detallierten Blick ins Innere des Toyota Mirai gibt es hier.
Die Kraftstoffverbrauchs- und Emissionswerte wurden nach dem vorgeschriebenen EU-Messverfahren (VO (EG) Nr. 715/2007) ermittelt. 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 (DAT) unter www.dat.de unentgeltlich erhältlich ist. Gesetzl. vorgeschriebene Angaben gem. Pkw-EnVKV, basierend auf NEFZ-Werten. Die Kfz-Steuer richtet sich nach den häufig höheren WLTP-Werten.
