Toyota plant Wasserstoff-Verbrennungsmotoren

Fahren mit Wasserstoff, aber ohne Brennstoffzelle: Toyota will Prius und Corolla mit einem CO2-neutralen Verbrennungsmotor ausrüsten. Der tankt H2 statt Benzin.

Constantin Bergander
Constantin Bergander
Toyota Wasserstoff-Verbrenner
Ventile, Kolben, Kurbelwelle statt Brennstoffzelle: Toyota will Prius und Corolla mit einem Wasserstoff-Verbrenner antreiben [Quelle: Toyota]

Wenn wir von Wasserstoff reden, meinen wir in der Regel die Brennstoffzelle. Sie erzeugt aus dem Gas Wasserstoff (chemisch: H2) und dem Sauerstoff (O2) der Umgebungsluft Strom. Als Abfallprodukt entsteht außerdem Wasserdampf. Auf den ersten Blick handelt es sich also um ein fantastisches Antriebskonzept für Autos: Wasserstoff lässt sich ähnlich schnell tanken wie Benzin. Die Abgase verflüssigen sich und tröpfeln als harmloses Wasser auf den Asphalt. Das Auto selbst fährt elektrisch. Es wirkt wie ein perfekter Kompromiss aus Verbrenner und Elektroauto.

Dennoch sind Wasserstoffautos die Ausnahme. Hyundai bietet den Nexo an, Toyota den Mirai – das war es. Ein Grund dafür: Brennstoffzellen, das Herz des üblichen Wasserstoffantriebs, sind teuer und sperrig. Wasserstoffautos können deshalb nur schwer mit klassisch angetriebenen und elektrischen Autos konkurrieren. Toyota bleibt dennoch am Thema dran. Der japanische Hersteller will eine längst bekannte, aber nie wirklich genutzte Technik in die Großserie bringen: Die Modelle Prius und Corolla bekommen bald wasserstofftaugliche Verbrennungsmotoren.

BMW Hydrogen (Wasserstoffverbrenner)
Gescheiterter Versuch: BMW probierte mit dem Hydrogen-7 den Wasserstoff-Verbrenner in Kleinserie aus und gab das Projekt schließlich auf [Quelle: BMW]

Toyota Prius und Corolla bekommen Wasserstoff-Antriebe

Die Idee für solche Autos ist mehr als 100 Jahre alt. Zuletzt erhielt sie zur Jahrtausendwende Aufmerksamkeit. BMW rüstete ab dem Jahr 2000 insgesamt 115 Exemplare 7er-Limousinen mit solchen Antrieben aus und schickte sie in den Feldversuch. Der verlief mittelprächtig. Infrastruktur, Wirkungsgrad, konstruktive Besonderheiten des Antriebs und die geringe Reichweite sprachen gegen eine Fortführung des Projekts. 2009 erklärte BMW das Ende des Versuchs. Andere Hersteller probierten die Technik ebenfalls aus. Keiner brachte ein Auto in Großserie.

Nun will Toyota einen neuen Anlauf wagen. Laut Angaben des Wirtschaftsmagazins „Forbes“ plant der Hersteller den Serieneinsatz von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren in den Volumenmodellen der Kompaktklasse. Im Jahr 2023 soll der Prius als Wasserstoff-Plug-in-Hybrid starten. In ihm versorgt Wasserstoff einen umgebauten Benziner. Außerdem kann das Auto mit Batterie und Elektromotor gewisse Strecken rein elektrisch fahren. Im gleichen Jahr folgt laut Forbes ein Corolla, der nur mit einem Wasserstoffverbrenner angetrieben wird.

Die Idee dahinter: Verbrennungsmotoren lassen sich schon mit kleinen technischen Optimierungen für den Betrieb mit Wasserstoff umrüsten. Sie kosten viel weniger als Brennstoffzellen und sind in bestehenden Fahrzeugarchitekturen bereits vorgesehen. Damit ließe sich ein günstiger Einstieg in die lokal emissionsfreie Wasserstoff-Mobilität realisieren. Die Autos stoßen beim Fahren kein CO2 aus und senken damit die Flottenemissionen.

Dass die Technik tauglich ist, beweist Toyota bereits im Motorsport. Ein Toyota Corolla nahm am 24h-Rennen in Fuji teil. Er war mit dem 1,6-Liter-Turbobenziner des Yaris GR ausgerüstet, der für den Betrieb mit Wasserstoff umgebaut wurde. Die Anpassungen betreffen vor allem das Einspritzsystem. Ein angenehmer Nebeneffekt für alle Nostalgiker: Der Motorsound soll im Betrieb mit Wasserstoff erhalten bleiben.

Toyota Fahrzeug mit Wasserstoffverbrenner
Funktioniert im Motorsport: Toyota treibt einen Renn-Corolla mit Wasserstoff an [Quelle: Toyota]

Mehrere Firmen glauben an Wasserstoffverbrenner

Toyota ist nicht der einzige Hersteller, der bestehende Mechanik mit dem neuen Treibstoff versorgen will. Der Motorbauer Deutz aus Köln bringt 2024 einen Wasserstoffverbrenner mit sechs Zylindern und 272 PS in die Serienproduktion. Der ist allerdings nicht für den Einsatz in Pkw gedacht, sondern für Nutzfahrzeuge oder stationäre Einsatzgebiete – zum Beispiel Stromgeneratoren. Gemäß der EU-Gesetzgebung gilt das Aggregat als CO2-neutral.

In München will das Startup Keyou Lkw-Dieselmotoren auf Wasserstoff umrüsten. Mit Änderungen wie Abgasrückführung, Kraftstoffanlage, Motorsteuerung, Turbolader, Verdichtung, Brennräumen, Ventiltrieb und der Installation einer Zündanlage sowie eines speziellen SCR-Katalysators könnten Nutzfahrzeuge künftig Wasserstoff statt Diesel tanken. Die Firma verspricht Gesamtkosten auf Diesel-Niveau und eine Lebensdauer von mehr als 700.000 Kilometern. Zielgruppe sind vor allem Motoren- und Fahrzeughersteller.

Zudem deuten Indizien an, dass Mazda das Thema Wasserstoff-Verbrenner nicht ganz abgeschrieben hat. Der Hersteller hat sich mehrere Namen und Logos schützen lassen, die vermuten lassen, dass sich ein wasserstoffbetriebener Wankelmotor in der Entwicklung befindet. Damit könnten die Japaner an den Mazda RX-8 Hydrogen RE von 2003 anknüpfen.

Madza Wasserstoffmotor Konzept
Antriebsexot: Mazda RX-8 Hydrogen RE mit Wasserstoff-Wankel. Indizien deuten einen zweiten Versuch an [Quelle: Mazda]

Diese Hürden muss der Wasserstoffverbrenner nehmen

Trotz aller Begeisterung für die technisch interessante Lösung: Das Prinzip Wasserstoffverbrenner bringt Probleme mit. Dazu gehörent die bekannten Probleme mit Wasserstoff im Alltag: Die Speicherung, der Transport und die weiterhin mäßige Infrastruktur. Hinzu kommen konstruktive Herausforderungen. Gemessen am Volumen speichert Wasserstoff weniger Energie als Benzin. Und er lässt sich weniger gut beherrschen. Er kann sich zum Beispiel an heißen Auslassventilen entzünden oder durch schmale Lücken in den Kolbenringen verflüchtigen.

Zudem stören kleine Eigenheiten des Verbrenners: Konstruktionsbedingt werden bei aktueller Bauform geringe Mengen Motoröl aus der Kurbelgehäuseentlüftung in die Brennräume geleitet und dort verbrannt. Die ausgestoßene Menge CO2 wäre kaum messbar, aber vorhanden. Das ist kein KO-Kriterium, aber zu bedenken.

Größtes Problem bleibt die Gewinnung von Wasserstoff. Das Gas kommt in seiner reinen Form nicht in der Natur vor, es muss hergestellt werden. Dafür existieren CO2-neutrale Wege – allerdings liegt der Wirkungsgrad auch bem effizientesten Herstellungsverfahren (Elektrolyse) nur bei etwa 75 Prozent. Ein Viertel der Energie wird also für die Herstellung benötigt und kommt nicht im Kraftstoff an. Hinzu kommt der verglichen mit dem ELektroantrieb relativ geringe Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren. Dennoch könnte der Wasserstoffverbrenner mittelfristig eine Alternative sein.

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