Seit März 2006 sind mehrere Exemplare des Mazda RX-8 mit wasserstoff- und ottokraftstoff-fähigen Kreiskolben-Motoren als Firmenleasing-Fahrzeuge in Japan unterwegs. Jetzt kommt das Wasserstoff-Fahrzeug auch nach Europa und präsentiert sich auf der Energiemesse ONS2006 im norwegischen Stavanger ab dem 22. August 2006 der Öffentlichkeit. Hierbei stellt der RX-8 Hydrogen RE zum ersten Mal auch seine Straßentauglichkeit außerhalb von Japan unter Beweis.
Dieses Fahrzeug ist ein Prototyp. Es kann nicht gekauft werden!
Wasserstoff- und Kreiskolbenmotor gehören für Mazda seit 15 Jahren zusammen. Schon die Konzept- Studie HR-X, die Mazda 1991 anlässlich der Tokyo Motor Show vorstellte, kombinierte den Kreis- kolbenmotor mit der Verbrennung von Wasserstoff. Durch seine einzigartige Technik liefert er die Basis für die Entwicklung eines umweltfreundlichen Antriebs der Zukunft. Eine Entwicklung und die Erforschung neuer Energien zur Sicherung der Mobilität künftiger Generationen stehen für Mazda weit oben auf der Agenda. Der Mazda RX-8 Hydrogen RE ist die logische Folge der stetigen und intensiven Arbeit mit einer ganzen Reihe wasserstoffgetriebener Prototypen seit den frühen neunziger Jahren.
Die RX-8 Hydrogen RE Fahrzeuge, die jetzt über Japans Straßen rollen, stammen in direkter Linie von diesem Prototypen ab. Als weltweit erster Hersteller kombiniert Mazda bei diesen Fahrzeugen eine Wasserstoffverbrennung mit einer herkömm- lichen Benzineinspritzung.
Das neue „Dual-Fuel-System“ ermöglicht somit wechselweise den Gebrauch von Wasserstoff oder Benzin in einem Motor und erhöht dadurch die Alltagstauglichkeit des Wasserstoffantriebs. Durch diese Alltagstauglichkeit war es Mazda möglich, zu Beginn dieses Jahres erste Fahrzeuge an Leasingkunden aus Verwaltung und Industrie auszuliefern. Diese Art der Nutzung liefert Mazda wertvolle Erkenntnisse für die weitere Entwicklung wasserstoffgetriebener Fahrzeuge.
Obwohl der Wasserstoff-Kreiskolbenmotor im Zentrum der Entwicklung bei Mazda steht, hat das Unternehmen parallel immer auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge erforscht und weiterentwickelt. Brennstoffzellen, die ihre elektrische Energie aus der chemischen Reaktion von Wasserstoff und dem Sauerstoff der Umgebungsluft erzeugen, sind effizienter als Motoren, die Wasserstoff verbrennen. Der in der Brennstoffzelle erzeugte Strom wird über Elektromotoren direkt zum Antrieb genutzt. Als Abfallprodukt entsteht nur Wasser. Im Verbrennungsmotor wird Wasserstoff wie Benzin in einer Brennkammer explosionsartig verbrannt und treibt damit den Rotor des Kreiskolbenmotors an. Auch hier entsteht als Abfallprodukt Wasser.
Akihiro Kashiwagi, der Leiter der Wasserstoff-Motorenentwicklung bei Mazda, sieht hier einen der Vorteile der Wasserstoffverbrennung. „Der Wasserstoff-Kreiskolbenmotor ist strukturell eng mit einem Benzinmotor verwandt. Folglich ist er ähnlich günstig herzustellen und zu unterhalten“, erläutert der Techniker. „Gerade in der Anfangszeit der Wasserstoffantriebe bietet der Wasserstoff-Wankel mit dem innovativen Dual-Fuel-System erhebliche Vorteile gegenüber der Brennstoffzelle. Unter normalen Umständen fährt der Wagen emissionsfrei mit Wasserstoff. Durch die Möglichkeit, alternativ auch Benzin zu verbrennen, steigt der Nutzwert, weil man auch abseits des noch dünnen Wasserstoff-Tankstellennetzes unterwegs sein kann. Diese Möglichkeit bietet eine Brennstoffzelle nicht,“ so Kashiwagi weiter.
Nachdem der RENESIS-Kreiskolbenmotor 2003 und 2004 gleich vier Preise als „Engine of the Year“ gewonnen hatte, war es nur logisch, diesen Motor auch als Basis zur Entwicklung eines Wasserstoffantriebs zu nutzen.
Im Oktober 2003 feierte der Mazda RX-8 Hydrogen RE seine Premiere auf der Tokyo Motor Show. Seine Besonderheit: Als erstes Fahrzeug kombinierte er Wasserstoff- und Benzinverbrennung. Während für die Benzineinspritzung die Technik des RENESIS-Motors beibehalten wurde, brachten die Ingenieure zwei zusätzliche Wasserstoff-Injektoren für jeden Rotor unter: Einer befindet sich direkt im Rotorgehäuse, der Zweite entlässt den Wasserstoff in den Ansaugkanal des jeweiligen Rotors. Ein Jahr nach der Vorstellung des Prototypen in Tokio erhielt Mazda vom japanischen Verkehrsministerium die Erlaubnis für Straßentests mit dem kombinierten Benzin-Wasserstoffantrieb.
Dabei wurde vornehmlich die Alltagstauglichkeit des Systems geprüft, schließlich sollte der RX-8 Hydrogen RE als erstes Fahrzeug dieser Art an Institutionen und Unternehmen verleast werden. Schon im März 2006, gut sechs Monate vor dem eigentlich geplanten Termin, konnten die ersten Fahrzeuge ausgeliefert werden.
Sieht man von der individuellen Beschriftung ab, unterscheidet sich der RX-8 Hydrogen RE äußerlich nicht von seinem Serienpendant. Trotzdem wurde eine Reihe entscheidender Modifikationen vorgenommen. Die Reifen sind auf besonders geringen Rollwider- stand optimiert. Der Motor wurde um eine Abgas- rückführung ergänzt, die die Leistung erhöht und gleichzeitig NOx-Emissionen im Wasserstoffbetrieb reduziert. Gegenüber dem Straßentest-Prototypen des Jahres 2004 haben die aktuellen Modelle eine Viergang-Automatik für mehr Komfort im Stadtverkehr. Ursprünglich war das Fahrzeug mit einem manuellen Fünfgang-Getriebe ausgestattet. Die neue Automatik ermöglicht weiterhin manuelle Gangwechsel per Schalt-Paddel am Lenkrad.
Um die Reichweite im Wasserstoffbetrieb zu erweitern und den leichten Mehrverbrauch der Automatik auszugleichen, wurden größere Wasserstofftanks mit einer Kapazität von 110 Litern eingebaut. Diese ermöglichen nun eine Reichweite von rund 100 Kilometern im Wasserstoff-Modus. Die Tanks sitzen im Heck des Wagens und halten den Treibstoff unter einem Druck von 350 bar. Der 61-Liter-Benzintank sitzt wie gehabt unter der Rückbank. Er vergrößert die Reichweite um zusätzliche 550 Kilometer auf insgesamt 650 Kilometer.
Der Fahrer kann während der Fahrt von Wasser- stoff auf Benzinbetrieb wechseln. Dazu verfügt der RX-8 Hydrogen RE über einen Schalter in Form des Wankelrotors. Während des Wasserstoffbe- triebs ist dieser blau illuminiert. Eine Umschaltung von Benzin- auf Wasserstoffbetrieb ist nur im Stand möglich. Geht der Wasserstoffvorrat während der Fahrt zur Neige, wechselt das System automatisch auf Benzinbetrieb. Die Anzeigen für Wasserstoffbe- trieb und -Tank sowie Warnhinweise wurden in die Instrumententafel integriert. Im Innenraum sind Wasserstoffdetektoren angebracht, um frühzeitig vor ausströmendem Gas zu warnen.Wasserstoff ist erheblich entzündbarer als konventionelles Benzin. Schon etwa vier Prozent Luft genügen, um ein zündfähiges Gemisch zu erzeugen. Auch die Flammgeschwindigkeit ist deutlich höher als bei Benzin. Unter stöchiometrischen Bedingungen erzeugt Wasserstoff eine Flammgeschwindigkeit von rund 265 cm/s, während ein Benzin-Luftgemisch auf nur 40 cm/s kommt. Allerdings ist der Energiegehalt des Wasserstoffs auf das Volumen gerechnet durch seine geringe Dichte deutlich niedriger als der von Benzin.
Die Entscheidung von Mazda, den Kreiskolbenmotor als Basis für die Wasserstoffverbrennung zu nutzen, entstammt nicht nur der Vorliebe der Marke für diesen einzigartigen Verbrennungsmotor. Tatsächlich ist der Kreiskolben-Motor ideal für die Verwendung mit Wasserstoff geeignet. Durch seine extreme Zündfähigkeit kann Wasserstoff im Brennraum eines Hubkolbenmotors Probleme verursachen, beispielsweise durch eine zu frühe (Selbst) Zündung, denn in einem Hubkolbenmotor wird das zündfähige Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt in den heißen Brennraum geleitet. Dieser wird zudem durch im Betrieb sehr heiße Auslassventile verschlossen. Durch die hohe Entzündlichkeit von Wasserstoff kann es deshalb zu Zündungen bei noch geöffnetem Einlassventil kommen – keine ideale Bedingung für die Verwendung von Wasserstoff.
Dagegen bietet der Kreiskolbenmotor mit seinen räumlich getrennten Einlass-, Brenn- und Auslass- kammern deutlich bessere Vorraussetzungen für die Nutzung von Wasserstoff. In der Einlasskammer herrschen immer vergleichsweise niedrigere Temperaturen, ein Kontakt des Gemisches mit der heißen Brennkammer kommt erst im berechneten Moment zustande - ungewollte Zündungen können so vermieden werden. Durch die geringe Dichte von Wasserstoff muss ein sehr hoher Volumenanteil von Wasserstoff in den Brennraum gefüllt werden: Etwa 29,5 Prozent des Zylindervolumens benötigt der gasförmige Wasserstoff für die Verbrennung - Benzin braucht im Vergleich nur rund 1,7 Prozent. Dadurch fällt der Luftanteil entsprechend geringer aus, die Verbrennung erfolgt nicht vollständig und es entsteht weniger Energie. Dieses Phänomen kann man teilweise durch die direkte Einspritzung des Wasserstoffes in den Brennraum ausgleichen. Hier bietet der Kreiskolbenmotor Vorteile, weil es aus räumlichen Gründen hier viel einfacher ist, einen zusätzlichen Injektor unterzubringen als in einem vergleichsweise engen Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors.
Die Verwendung eines Kreiskolbenmotors hat noch einen weiteren Vorteil für die Verbrennung des Wasserstoff-Luft-Gemischs. Durch den längeren zeitlichen Ablauf bei der Gemischbildung entsteht eine gründlichere Durchmischung und eine gleichmäßigere Verbrennung mit besserem Wirkungsgrad als im Hubkolbenmotor. Derzeit ist es schwer vorstellbar, dass ein Fahrzeug im täglichen Einsatz ausschließlich mit Wasserstoff funktioniert. Der Aufbau einer Infrastruktur für eine umfassende Versorgung mit Treibstoff befindet sich noch im Anfangsstadium. Ein ernsthafter Alltagsbetrieb ist so nicht darstellbar. Der Mazda RX-8 Hydrogen RE liefert für diese Situation die perfekte Lösung. Durch den Betrieb mit Wasserstoff oder Benzin bietet er Kunden die nötige Flexibilität, um auch im Alltag ein Wasserstoffauto zu nutzen.
Quelle: Mazda