Der BMW Hydrogen 7 – der weltweit erste wasserstoffgetriebene Hochleistungssportwagen im Luxussegment – wurde auf der internationalen Automobilschau in Los Angeles vorgestellt.
Die Überlegungen, wie die Mobilität in der Zukunft aussehen wird und womit wir unsere Fahrzeuge antreiben werden, scheinen aktuell allgegenwärtig. In diesen Diskussionen haben Brennstoffzellen und Wasserstoff eine große Gewichtung.
Der BMW Hydrogen 7 beweist, dass es selbst mit bestehenden Technologien und Anwendungen möglich ist, ein Fahrzeug mit einem handelsüblichen Motor und Wasserstoff anzutreiben. BMW verwendete hierzu seinen 12-Zylinder aus der 7er-Reihe als Grundlage für das neue Wasserstoff-Fahrzeug.
SWEP hat in diesem Projekt aktiv am Entwurf der Zukunft für den Automobiltransport mitgewirkt – sein B5 BPHE ist ein wesentlicher Bestandteil des neuen Motorensystems.
Flüssiger Wasserstoff
Die größte Herausforderung für das Wasserstoff-Modell von BMW bestand in der Lagerung und Verteilung des Wasserstoffs, da seine spezifische Kapazität niedriger als die von herkömmlichem Benzin ist.
Björn Felgenhauer, Manager Application Management and Technology Manager bei SWEP in Deutschland, berichtet von aktuell zwei unterschiedlichen Ansätzen: Hochdruckgas (mit 700 bar) oder flüssiger Wasserstoff. BMW hat sich dazu entschieden, flüssigen Wasserstoff (bei −253 °C) zu verwenden, der in einem vakuumisolierten Tank aufbewahrt wird. Um den flüssigen Wasserstoff nutzen zu können, muss er verdampft und auf Temperaturen über dem Gefrierpunkt erhitzt werden, um Fehlfunktionen an den Ventilen und Sensoren zu vermeiden.
„Unser Wärmetauscher spielt hierbei eine wichtige Rolle in der Motorensteuerung und ist einer der Schlüsselfaktoren für den Erfolg des Projektes“, so Felgenhauer.
„Auch die Sicherheitsanforderungen sind besonders hoch. Für das Wasserstoff-Auto benötigten wir viele neue Zertifizierungen, zum Beispiel die Genehmigung für Materialien, die bei einer solch niedrigen Temperatur wie −253 °C eingesetzt werden. Außerdem mussten wir natürlich überprüfen, ob unsere Materialien für den Einsatz von Wasserstoff geeignet sind.“
Letztendlich hat sich BMW für das Modell B5 von SWEP entschieden. Es wurde ebenfalls in der IMDS-Datenbank (International Materials Data System) für die Verwendung in der Automobilbranche zugelassen, sodass diese SWEP-Einheit nun weltweit von Automobilherstellern verwendet werden kann.
„Die spezifischen Anforderungen der Automobilindustrie für jede verwendete Komponente hatten zur Folge, dass sich BMW an Partner mit ganz besonders hoher Kompetenz wenden musste“, erklärt Felgenhauer. „Ein Partner von BMW muss in der Lage sein, qualitativ hochwertige Produkte in jenem industriellen Ausmaß herzustellen, das für Serienstandards in der Automobilbranche üblich ist. Und da der Wärmetauscher die Verbindung zwischen dem Wassersystem und dem Wasserstoff herstellt, musste er zu 100 Prozent zuverlässig sein.“
Probleme mit der Temperatur
Die größte Herausforderung in diesem Projekt war, wie mit der Temperatur umzugehen sei. Der Temperaturunterschied zwischen dem Heizkreis und der Wasserstoffseite erzeugt enorme Belastungen und Spannung auf den Platten.
„Abgesehen von den Temperaturbelastungen waren auch die Vibration eine große Herausforderung für eine entsprechende Lebensdauer des Wärmetauschers. Nach umfangreichen Strömungssimulationen und Studien zu unseren Plattenwärmetauschern mit der Finite-Element-Methode haben wir letztlich eine Lösung gefunden“, so Felgenhauer. „Mit nur geringen Änderungen bei der Verteilung und dem Auslass konnte der extreme Temperaturunterschied bewältigt werden, sodass im neuen BMW schließlich Wärmetauscher von SWEP eingesetzt werden konnten.“
BMW Hydrogen 7
Der BMW Hydrogen 7 wurde als limitierte Serie gebaut und einem ausgewählten Kundenkreis vorgestellt. Er basiert auf der 7er-Reihe von BMW und ist mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet, der sowohl mit Wasserstoff als auch mit Benzin betrieben werden kann. Mit dem BMW Hydrogen 7 hat die BMW Group ein Zeichen für nachhaltige Mobilität gesetzt. Laut dem Automobilhersteller soll dieses Fahrzeug eine wegweisende Rolle in der Weiterentwicklung von Wasserstofftechnologien spielen.
Die Wasserstofftechnologie reduziert die erzeugte Emissionen ganz erheblich und minimiert insbesondere den Ausstoß von CO2. Beim Antrieb im Wasserstoffmodus stößt der BMW Hydrogen 7 so gut wie keine Emissionen außer Wasserdampf aus.
Dabei bietet er den gleichen Fahrkomfort eines BMWs der 7er-Reihe ohne Wasserstoffantrieb und wird von einem 12-Zylinder-Motor mit 191 kW betrieben, der in 9,5 Sekunden von 0 auf 100 km/h beschleunigt. Die Höchstgeschwindigkeit ist elektronisch auf 230 km/h begrenzt.
Die B5-Lösung von SWEP für BMW
SWEP begann mit einer Back-to-Back-Lösung für den B5, in der der flüssige Wasserstoff im ersten Durchlauf verdampft und im zweiten Plattenpaket überhitzt wird. Die erforderliche Wärme hierfür wird vom Kühlkreislauf des Motors zurückgewonnen.
„Die Trennung des Verdampfers und des Überhitzers war die Lösung des Problems, da es die Volumenzunahme vom flüssigen zum gasförmigen Zustand unmöglich machte, die erforderliche Kapazität in einem gewöhnlichen Plattenwärmetauscher zu erreichen, wenn man die Platz- und Gewichtsbeschränkungen beim Einsatz in Automobilien in Betracht zieht“, erzählt Björn Felgenhauer, Technical Sales Manager bei SWEP. „Durch das Back-to-Back-Konzept konnten wir die Bedingungen jedoch mit gerade einmal 26 Platten (1,9 kg) für den Betrieb eines 200 kW-Motors erfüllen.“
International Material Data System
Das IMDS ist das Materialdatensystem der Automobilindustrie. Von Beginn an wurde es in Zusammenarbeit von Audi, BMW, DaimlerChrysler, Ford, Opel, Porsche, VW und Volvo entwickelt. Inzwischen haben sich weitere Automobilhersteller dieser Gemeinschaft angeschlossen und es laufen Gespräche mit anderen Interessenten zu ihrem Beitrag zum IMDS. Im IMDS werden Daten zu allen von Automobilbauern verwendeten Materialien archiviert und gepflegt. Dadurch ist es möglich, den durch nationale und internationale Standards, Auflagen und Richtlinien vorgegebenen Bestimmungen für Automobilhersteller – und somit auch für ihre Lieferanten – gerecht zu werden.