BMW Hydrogen 7 mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor

Als weltweit erster Autohersteller präsentiert BMW ein mit Wasserstoff (englisch: Hydrogen) angetriebenes Fahrzeug, das den Serienentwicklungsprozess durchlaufen hat. Der BMW Hydrogen 7 mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor ist das Ergebnis einer konsequenten Entwicklungsstrategie, mit der das zukunftsweisende Konzept einer nachhaltigen Mobilität bereits heute für den Alltagsbetrieb nutzbar gemacht wird. Die Limousine der 7er Reihe wird von einem 191 kW/ 260 PS starken Zwölfzylinder-Motor angetrieben und beschleunigt in 9,5 Sekunden von null auf 100 km/h. Die Höchstgeschwindigkeit wird elektronisch auf 230 km/h limitiert. Solange eine flächendeckende Wasserstoffversorgung nicht gewährleistet ist, kann der bivalent ausgelegte Motor des BMW Hydrogen 7 durch einfaches Umschalten der Betriebsart auch auf herkömmliches Superbenzin zurückgreifen.

Mit dieser praxisorientierten Lösung demonstriert BMW nicht nur seine Technologieführerschaft auf dem Gebiet der Antriebssysteme von morgen. Die Integration der Wasserstoffnutzung in ein bestehendes und in der Praxis bewährtes Fahrzeugkonzept schafft zugleich die Voraussetzungen für eine am Markt akzeptierte und für den Kunden erfahrbare Alternative zu herkömmlichen Antriebsformen. Die Premiere des BMW Hydrogen 7 ist daher nicht nur für die BMW Group ein Meilenstein auf dem Weg in ein von fossilen Brennstoffen unabhängiges Zeitalter der Mobilität, sondern zugleich ein Signal für die gesamte Automobil- und Energiewirtschaft. Der BMW Hydrogen 7 tritt den Beweis dafür an, dass der Einsatz von Flüssigwasserstoff als Energieträger für Serienfahrzeuge realisierbar ist. Damit setzt die BMW Group einen wichtigen Impuls für die Weiterentwicklung einer Versorgungsinfrastruktur, zu der vor allem die Errichtung von zusätzlichen Wasserstofftankstellen gehört, um nachhaltige Mobilität in der Zukunft flächendeckend zu ermöglichen.

BMW CleanEnergy – die Energiestrategie der BMW Group

Die Förderung der Wasserstoff-Technologie als Energieform der Zukunft ist ein wesentlicher Bestandteil der Energiestrategie BMW CleanEnergy der BMW Group. Der BMW Hydrogen 7 übernimmt dabei die Rolle eines Schrittmachers, der alle an diesem Konzept beteiligten Entwicklungspartner in die Lage versetzt, die Alltagstauglichkeit der gemeinsam entwickelten Technologie zu demonstrieren. Ziel des BMW CleanEnergy Konzeptes ist es, eine Antriebstechnologie zu schaffen, mit der sich aktuelle und zukünftige Ansprüche an die individuelle Mobilität auch ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe erfüllen lassen. Die Wasserstoff-Technologie bietet dabei die Möglichkeit, die im Individualverkehr erzeugten Emissionen und insbesondere den CO₂-Ausstoß drastisch zu reduzieren. Der BMW Hydrogen 7 emittiert im Wasserstoff-Betrieb praktisch nur Wasserdampf.

Die Vision einer nachhaltigen und schadstofffreien Mobilität bezieht sich nicht allein auf den Betrieb des Fahrzeugs, sondern auch auf die Erzeugung der Antriebsenergie. Notwendig ist die Entwicklung von Alternativen zum Verbrauch fossiler Brennstoffe, deren Verfügbarkeit begrenzt ist. Im Gegensatz zu diesen Energieträgern kann Wasserstoff sowohl bei der Erzeugung als auch bei der Nutzung das Kriterium der Nachhaltigkeit erfüllen, weil beide Vorgänge in den regenerativen Kreislauf der Natur eingebettet werden können. Wasserstoff, der aus Biomasse oder mit Hilfe von Energie aus Sonne, Wind und Wasserkraft gewonnen wird, stünde unbegrenzt zur Verfügung. Darüber hinaus kann Wasserstoff auch mit Hilfe von Erdgas, Biogas oder anderen Primärenergieträgern erzeugt werden. So kann die Art der Wasserstoff-Herstellung flexibel an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Dies erlaubt eine maximale Diversifizierung und erleichtert die schrittweise Substitution von fossilen Brennstoffen.

Impulse zum Ausbau der Versorgungsinfrastruktur: Clean Energy Partnership (CEP) und Kooperation mit Total

Bei der Entwicklung der technischen Komponenten, die für die Wasserstoff-Nutzung erForderlich sind, arbeitet die BMW Group eng mit spezialisierten Zulieferunternehmen und Entwicklungspartnern zusammen. Darüber hinaus ist die BMW Group Gründungsmitglied der Verkehrswirtschaftlichen Energie-Strategie (VES) und gehört der Clean Energy Partnership Berlin (CEP) an, der sich auch andere Automobilhersteller sowie Unternehmen der Versorgungswirtschaft und öffentliche Verkehrsbetreiber angeschlossen haben. Die CEP ist Bestandteil der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie. Sie wird von der Bundesregierung unterstützt und gefördert. Auf Initiative der CEP entstand in Berlin die erste integrierte Wasserstoff-Tankstelle. Ziel des Konsortiums ist es, die Alltagstauglichkeit von Wasserstoff im mobilen Einsatz nachzuweisen.

Zur Förderung des Energieträgers Wasserstoff hat die BMW Group eine Vereinbarung mit dem Mineralölunternehmen Total geschlossen, das seit 2004 eine integrierte Station in Berlin betreibt. Eine weitere Wasserstofftankstelle in der Hauptstadt wurde – ebenfalls im Rahmen der CEP – im März 2006 von Total eröffnet. Für Ende 2006 ist auch in München die Inbetriebnahme einer neuen integrierten Wasserstoff-Tankstelle unter der Regie von Total vorgesehen. Diese wird zeitnah zur Premiere des BMW Hydrogen 7 nahe des Forschungs- und Innovationszentrums (FIZ) der BMW Group eröffnet werden. Darüber hinaus ist in der Vereinbarung zwischen der BMW Group und Total die Eröffnung einer weiteren integrierten Wasserstoff-Tankstelle in einer europäischen Metropole festgeschrieben. Dank der inzwischen gesammelten Erkenntnisse hat sich die Wasserstoff-Betankung der Handhabung einer Benzin-Zapfsäule angenähert. Sobald der Fahrer manuell die Verbindung der Tankkupplung mit dem Tankverschluss des Fahrzeugs hergestellt hat, läuft der Füllvorgang automatisiert ab.

BMW – Vorreiter und Technologieführer beim Wasserstoffantrieb

Als besonders innovativer strategisch ausgerichteter Automobilhersteller hat BMW bereits frühzeitig Verantwortung für die Förderung nachhaltiger Mobilitätskonzepte übernommen. Seiner traditionellen Kernkompetenz auf dem Antriebssektor entsprechend, hat das Unternehmen schon 1978 mit der Forschung an Wasserstoffmotoren begonnen und in den Folgejahren mit mehreren Fahrzeuggenerationen die Technologie konsequent fortentwickelt. Im Jahre 2000 stellte BMW dann im Rahmen der Expo 2000 in Hannover als weltweit erster Hersteller eine Demonstrationsflotte von Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb vor. Die Fahrzeuge vom Typ BMW 750hL haben sich im Versuchsbetrieb bewährt und somit einen eindrucksvollen Beweis für die Machbarkeit dieser Technologie erbracht. Darüber hinaus konnte im Rahmen der CleanEnergy World Tour die internationale Aufmerksamkeit für das Potenzial der Wasserstoff-Technologie maßgeblich erhöht werden.

Die weltweit erste öffentliche Wasserstoff-Tankstelle wurde im Jahre 2000 am Münchner Flughafen eröffnet. Auch dieses Projekt hatte wesentlichen Anteil daran, die Alltagstauglichkeit der innovativen Antriebstechnologie zu erproben und zu verbessern. Die Erfahrungen, die schon zum damaligen Zeitpunkt von der BMW Group, aber auch von anderen Fahrzeugherstellern, den Versorgungsunternehmen und den Betreibern der Tankstelle am Münchner Flughafen gesammelt wurden, haben die weitere Entwicklung im Rahmen der CEP wesentlich beeinflusst. Genutzt wurden sie unter anderem für die Konzeption der in Berlin eröffneten Wasserstoff-Tankstellen. Auch dort werden seitdem regelmäßig Erprobungsfahrzeuge der BMW Group mit Wasserstoff betankt. Der Betriebszeitraum der weltweit ersten öffentlichen Wasserstoff-Tankstelle wird dagegen im Jahre 2006 mit der Eröffnung der neuen integrierten Station in München zu Ende gehen.

Der BMW Hydrogen 7: Richtungweisend

Mit dem BMW Hydrogen 7 beginnt für die Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antriebstechnologien eine neue Ära. Der BMW Hydrogen 7 ist nicht das Ergebnis eines Forschungsprojektes, er absolvierte den für alle neuen BMW Modelle obligatorischen Produktentstehungsprozess (PEP). Dabei wurden sämtliche Komponenten der neuen Technologie nach den für Serienfahrzeuge üblichen Kriterien in das Gesamtfahrzeug integriert. Der BMW Hydrogen 7 hat damit eine Entwicklungsstufe erreicht, die signifikant über den Status aller bisher gefertigten Wasserstoff-Prototypen und -Demonstrationsfahrzeuge hinausreicht und eine Zulassung nach D/ECE-Regularien ermöglicht.

Die im PEP gewonnenen Erkenntnisse haben nicht nur die Alltags­tauglichkeit des BMW Hydrogen 7 entscheidend geprägt, sondern auch die Eigenschaften aller Einzelkomponenten im Verbund positiv beeinflusst. Im Rahmen des Produktentstehungsprozesses wird jedes Bauteil, aber auch das Gesamtfahrzeug genauestens analysiert, um festzustellen, ob es den AnForderungen einer Serienfertigung genügt. Als feste Bestandteile des PEP bieten die Prozessschritte der Entwicklung, Erprobung, Freigabe und Freizeichnung die Gewähr für ein den hohen Standards der BMW Group entsprechendes Fahrzeug. Dabei werden alle für den Kunden relevanten Kriterien berücksichtigt, um die Marktreife des neuen Produkts zu überprüfen. Nur so konnten – wie bei allen anderen BMW Modellen auch – die Voraussetzungen für die Übergabe der weltweit ersten Luxuslimousine mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor in Kundenhand erfüllt werden.

Als erstes Wasserstoff-Fahrzeug für den Alltagsbetrieb markiert der BMW Hydrogen 7 einen Meilenstein – und zugleich den Beginn einer neuen Ära im Automobilbau. Das bei seiner Entwicklung gesammelte Wissen wird die Arbeit an künftigen Wasserstoff-Fahrzeugkonzepten maßgeblich beeinflussen. Sowohl das Prinzip des bivalenten Antriebs als auch die Eigenschaften einzelner Bauteile werden nun dem Praxistest unterzogen.

Flüssiger Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Seit Beginn der Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf diesem Gebiet favorisiert die BMW Group den Einsatz von flüssigem Wasserstoff als Energieträger für Automobile. Der flüssige und tiefkalte Treibstoff weist im Vergleich zum gasförmigen und stark komprimierten Wasserstoff eine erheblich höhere Energiedichte auf. Bei gleichem Bauraum im Speichertank liegt die Energiemenge von tiefkalt-flüssigem Wasserstoff im Vergleich zu Wasserstoff, der mit 700 bar druckgasförmig gespeichert wird, um 75 Prozent höher. Damit steigt auch die Reichweite eines mit Flüssig­wasserstoff betriebenen Fahrzeugs um den entsprechenden Faktor an.

Flexibilität durch bivalenten Verbrennungsmotor

Bei der Beurteilung der Alltagstauglichkeit eines neuen Antriebskonzeptes gehört die Reichweite zu den wichtigsten Kriterien. Dabei muss neben den Verbrauchsdaten und dem Speichervolumen des Fahrzeugs jedoch auch die vorhandene Versorgungsinfrastruktur berücksichtigt werden. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist ein flächendeckendes Netz von Wasserstoff-Tankstellen noch nicht gegeben. Fahrzeuge, die ausschließlich mit Wasserstoff betrieben werden, können daher auf öffentlichen Straßen nur begrenzt und nicht mit der von Kunden geForderten Flexibilität genutzt werden. Aus diesem Grund setzt die BMW Group beim weltweit ersten Wasserstoff-Fahrzeug für den Alltagsbetrieb auf einen bivalenten Antrieb. Der Verbrennungsmotor des BMW Hydrogen 7 kann wahlweise mit Wasserstoff oder mit Benzin betrieben werden. Die Reichweite des Fahrzeugs beträgt im Wasserstoff-Betrieb mehr als 200 Kilometer, weitere 500 Kilometer können im Benzin-Modus zurückgelegt werden. Der Fahrer eines BMW Hydrogen 7 kann daher auf grenzenlose Mobilität vertrauen und sein Fahrzeug auch in größerer Distanz zur nächsten Wasserstoff-Tankstelle problemlos nutzen.

Bivalenter Antrieb – Schlüssel zur Alltagstauglichkeit

Voraussetzung für einen permanenten Einsatz von Wasserstoff als Energieträger ist ein engmaschigeres Netz von Wasserstoff-Tankstellen. Jedoch ist der Anreiz zum Bau von zusätzlichen Versorgungsstationen erst dann gegeben, wenn ein erhebliches Potenzial für Fahrzeuge mit Wasserstoff-Antrieb erkennbar ist. Folglich wird der BMW Hydrogen 7 zu einem Schrittmacher des Fortschritts auf beiden Ebenen. Er bietet jetzt den Impuls zum Ausbau der Versorgungsinfrastruktur, was schließlich auch jenen Automobilherstellern zugute kommt, die ausschließlich auf monovalente Konzepte der Wasserstoffnutzung setzen. Denn sobald die Zahl der Wasserstoff-Tankstellen steigt, werden auch diese Fahrzeuge attraktiver. Monovalente Fahrzeuge erreichen dann eine Alltagstauglichkeit, die der BMW Hydrogen 7 bereits jetzt aufweisen kann.

Die BMW Group nimmt mit der Wahl dieses bivalenten Antriebskonzeptes bewusst eine Vorreiterrolle ein. Die Bereitschaft, Impulse zu setzen, die nicht nur den eigenen Kunden zugute kommen, sondern die Entwicklung einer gesamten Technologie fördern, ist Teil der Verantwortung, die von der BMW Group getragen wird.

Brennstoffzellentechnik bei BMW: Die APU

Gleichwohl wird im Rahmen der Forschung der BMW Group auch daran gearbeitet, die Brennstoffzellentechnik für eine möglichst praxistaugliche Nutzung im Automobil zu erschließen. Das Ziel ist langfristig die Nutzung der Brennstoffzellentechnologie als Auxiliary Power Unit (APU) sowohl in Wasserstoff- als auch in Benzinfahrzeugen. Dabei übernimmt die APU die Aufgabe der Stromversorgung für das Bordnetz sowohl während der Fahrt als auch im Stand.

V12-Motor erzeugt BMW typische Dynamik aus Wasserstoff

Unter den derzeit gegebenen Bedingungen ist der bivalente Antrieb die einzige wirklich praxisgerechte Lösung, um Wasserstoff zum Durchbruch zu verhelfen. Darüber hinaus ist der Verbrennungsmotor des BMW Hydrogen 7 in hervorragender Weise dazu geeignet, breite Akzeptanz für die neue Technologie zu wecken. Vor allem im Vergleich mit einer Brennstoffzelle ermöglicht er die Realisierung einer erheblich höheren Motorleistung. Der V12-Motor des BMW Hydrogen 7 bietet Dynamik, Komfort und Sicherheit in der für BMW Modelle typischen Weise – unabhängig von der jeweils gewählten Betriebsart.

Aus einem Hubraum von 6,0 Litern erzeugt das Triebwerk eine Leistung von 191 kW/ 260 PS. Das maximale Drehmoment beträgt 390 Newtonmeter und wird bei einer Motordrehzahl von 4 300 min–1 erreicht. Der BMW Hydrogen 7 beschleunigt in 9,5 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht eine elektronisch limitierte Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h. Diese Werte werden sowohl im Wasserstoff- als auch im Benzinbetrieb erreicht. Damit steht die alternative und im Serienfahrzeugbau vollkommen neue Form der Energienutzung von Beginn an auf einer Stufe mit der seit mehr als 100 Jahren bewährten Benzinmotortechnologie. Die daraus resultierende Erkenntnis ist klar: Auch mit einem Wasserstoff-Automobil lassen sich Leistungsentfaltung, Fahrdynamik, Laufkultur und die damit verbundene Freude am Fahren auf dem von einem BMW gewohnten Niveau erleben.

Neben dem Fahrerlebnis bietet der Einsatz des im BMW 760i bewährten Zwölfzylinders als Basis für den Motor im BMW Hydrogen 7 noch weitere kundenrelevante Vorteile. Die Antriebseinheit weist all jene Qualitäten auf, die auf der jahrzehntelangen Erfahrung des Unternehmens beim Bau besonders leistungsstarker und effizienter Motoren basieren. Dazu gehört folglich auch die für BMW Motoren typische Zuverlässigkeit. Im Vergleich zu einer Brennstoffzelle mit auch nur annähernd ähnlicher Leistung fällt das Gewicht des Verbrennungsmotors deutlich geringer aus. Schließlich wirkt sich der Einsatz eines Verbrennungsmotors auch auf die Produktionskosten positiv aus. Der BMW Hydrogen 7 hat nicht nur den gesamten Serienentwicklungsprozess der BMW Group durchlaufen, auch in der Fertigung kann das Wasserstoff-Fahrzeug in den herkömmlichen Produktionsprozess integriert werden. Im BMW Werk Dingolfing wird es parallel zu den anderen Fahrzeugen der BMW 7er, BMW 6er und BMW 5er Reihe produziert. Die Antriebseinheit des BMW Hydrogen 7 entsteht wie alle BMW Zwölfzylinder im Münchner Motorenwerk des Unternehmens.

Benzin-Direkteinspritzung und Wasserstoff-Saugrohreinblasung

Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor basiert auf dem Benzin-Triebwerk des BMW 760i und verfügt über modernste technische Details wie die vollvariable Ventilsteuerung VALVETRONIC und die variable Nockenwellenverstellung Doppel-VANOS. Zusätzliche Belege für die Ingenieurskunst der Motorenentwickler liefern die für den bivalenten Betrieb erForderlichen Modifikationen. Im Benzinbetrieb erfolgt die Kraftstoffversorgung über eine Direkteinspritzung. Zusätzlich wurde in die Sauganlage des Motors eine Wasserstoff-Zuleitung integriert. Schlüsseltechnologie sind die zur Gemischaufbereitung notwendigen Einblaseventile, die in Bruchteilen von Sekunden exakt die benötigte Menge an Wasserstoff-Gas in die Ansaugluft einbringen.

Wasserstoff weist im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen eine um bis zu zehnmal höhere Verbrennungsgeschwindigkeit auf. Dadurch werden höhere Wirkungsgrade erreicht. Um dieses Potenzial vollständig zu nutzen, wird für den V12-Motor des BMW Hydrogen 7 eine besonders flexible Motorsteuerung benötigt. Dafür bieten VALVETRONIC und Doppel-VANOS die idealen Voraussetzungen. Gaswechsel und Einspritzrhythmus können gezielt auf die Eigenschaften des Wasserstoff-Luft-Gemischs abgestimmt werden.

Auch Stickoxide werden MINImiert

Unter Volllast agiert der Motor des BMW Hydrogen 7 im so genannten stöchiometrischen Betrieb. Das Mischungsverhältnis zwischen Sauerstoff und Wasserstoff ist ausgeglichen (Lambda = 1). In diesem Verhältnis wird auch im Wasserstoffbetrieb die höchste Leistungsausbeute bei geringen Emissionen erzielt. Weil Wasserstoff im Gegensatz zu fossilen Energieträgern keinen Kohlenstoff enthält, treten bei seiner Verbrennung prinzipiell weder Kohlenwasserstoffe (HC) noch Kohlenmonoxid (CO) auf. Kleinste Spuren von HC-, CO- und CO₂-Emissionen entstehen allenfalls durch Schmierölverbrennung beziehungsweise Aktivkohlefilterspülungen während des Wasserstoffbetriebs.

Relevant wäre daher ausschließlich der Ausstoß von Stickoxiden (NOX). Sie entstehen vor allem bei besonders hohen Verbrennungstemperaturen. Die hohe Flexibilität in der Verbrennungssteuerung erlaubt eine Betriebs­strategie, mit der die NOX-Bildung im Wesentlichen kontrolliert werden kann. Zu diesem Zweck wird der Motor im Teillastbetrieb mit hohem Sauerstoffanteil (Lambda > 2) betrieben. Dabei läuft die Verbrennung mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen ab, bei denen nur äußerst geringe NOX-Emissionen auftreten. Dieser Magerbetrieb ist über einen besonders breiten Kennfeldbereich hinweg möglich. Weil Wasserstoff besonders weite Zündgrenzen aufweist und mit hoher Geschwindigkeit verbrennt, genügt ein geringer Kraftstoffanteil im Gemisch zur Erzeugung eines hohen Wirkungsgrades.

Zur Steigerung der Leistung wird auch im Wasserstoffbetrieb der Kraftstoff­anteil im Gemisch erhöht. Dabei nimmt bei steigender Last auch die Verbrennungstemperatur zu. Der Gemischbereich, in dem am meisten Stickoxide entstehen, liegt zwischen Lambda = 1 und Lambda = 2. Dieser für das Abgasverhalten ungünstige Betriebsbereich wird von der Motorsteuerung des BMW Hydrogen 7 drehmomentneutral ausgeblendet.

Unter Volllast (Lambda = 1) werden NOX-Emissionen nahezu vollständig vermieden. Für die Umwandlung der MINImalen in diesem Betriebsbereich verbliebenen NOX-Mengen genügt ein einfaches 3-Wege-Kat-System. Die spezifische Abgaszusammensetzung eines Wasserstoff-Verbrennungs­motors im stöchiometrischen Betrieb (Lambda = 1) begünstigt die Umsetzung eventuell im Abgas befindlicher Stickoxide im 3-Wege-Kat. So entfaltet die Antriebseinheit des BMW Hydrogen 7 auch im Wasserstoffbetrieb die gleiche Dynamik wie ein Benzinmotor, emittiert dabei jedoch praktisch nur Wasserdampf.

Entwicklung mit Rekordtempo: Der BMW H2R

Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Motorenkonzepts wurde im Laufe der Entwicklungsphase bereits eindrucksvoll unter Beweis gestellt. Schon im September 2004 konnte BMW mit dem Wasserstoff-Rekordfahrzeug H2R das außergewöhnliche Potenzial dieser Technologie auf einer Rennstrecke demonstrieren. Auf dem Hochgeschwindigkeitskurs im französischen Miramas wurden neun internationale Rekorde für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor aufgestellt. Das von dem 6,0 Liter großen V12-Wasserstoff-Verbrennungsmotor angetriebene Versuchsfahrzeug erreichte dabei eine Höchstgeschwindigkeit von mehr als 300 km/h. Bestmarken wurden unter anderem für die Distanz über einen Kilometer bei fliegendem Start sowie für die Viertelmeile bei stehendem Start erzielt. Für die Beschleunigung von null auf 100 km/h benötigte das Rekordfahrzeug lediglich rund 6 Sekunden.

Wasserstoff-Speicher: Kompakt trotz umfassender Isolation

Das bivalente Antriebskonzept des BMW Hydrogen 7 setzt nicht nur eine spezielle Motorsteuerung und Kraftstoffversorgung voraus, sondern auch die Integration zweier separater Kraftstoffspeicher. Um eine maximale Reichweite zu erzielen, verfügt der BMW Hydrogen 7 über einen konventionellen 74 Liter fassenden Benzintank sowie über einen zusätzlichen Kraftstoffspeicher, der rund 8 Kilogramm flüssigen Wasserstoff aufnimmt. Der Wasserstoff­speicher ist eine Schlüsselkomponente für Wasserstoff-Fahrzeuge. Als Entwicklungspartner unterstützt das Unternehmen Magna Steyr die BMW Group bei der Umsetzung der Wasserstoff-Technologie in Fahrzeugen. Der Wasserstoffspeicher besteht aus einem doppelwandigen Tank, dessen Innen- und Außenhülle aus jeweils 2 Millimeter starkem Edelstahlblech gefertigt werden. Zwischen Innen- und Außentank befindet sich eine 30 Millimeter starke Vakuumsuperisolation. Mit dieser Anordnung wird die Wärmeleitung auf ein MINImum reduziert. Die Zwischenschicht erreicht die Isolationswirkung von etwa 17 Metern Styropor. Die Aufhängungen zwischen Innen- und Außentank bestehen aus gering wärmeleitenden CFK-Bändern.

Die für den Wasserstoffspeicher des BMW Hydrogen 7 entwickelte Isolationstechnik führt zu einer in der herkömmlichen Praxis bisher unerreichten Temperaturkonstanz. Ein plakatives Beispiel: Würde ein derartiger Speicherbehälter beispielsweise mit kochendem Kaffee gefüllt, so bliebe dieser mehr als 80 Tage lang heiß. Erst danach wäre die Temperatur des Getränks so weit gesunken, dass es genießbar wäre. Ebenso effektiv wird für gleich bleibende Kälte gesorgt. Die hochwirksame Isolation ermöglicht es, den flüssigen Wasserstoff über einen langen Zeitraum bei einem Druck von 3 bis 5 bar und einer konstanten Temperatur von ca. – 250 Grad Celsius zu speichern. Der Wärmeeintrag, der zum Verdampfen von Wasserstoff führt, ist MINImal. Der Verlust, der aus dem mit einem Temperaturanstieg verbundenen Druckaufbau resultiert, wird gezielt gesteuert. Das so genannte Boil-Off-Management begrenzt den Tankinnendruck und sorgt für eine kontrollierte Entnahme von bereits verdampftem Wasserstoff. Der freigegebene gasförmige Wasserstoff wird in einem Venturirohr verdünnt und in einem Katalysator zu Wasserdampf aufoxidiert. Die als Standzeit bezeichnete Phase bis zur kontrollierten Entleerung eines zur Hälfte gefüllten Wasserstofftanks beträgt etwa 9 Tage. Auch nach diesen 9 Tagen können immer noch rund 20 Kilometer im Wasserstoff-Modus zurückgelegt werden.

Im Fahrbetrieb ist die definierte Umwandlung von flüssigem zu gasförmigem Wasserstoff ein permanenter Vorgang. Denn der Treibstoff wird dem Speichertank in gasförmigem Zustand entnommen und der Gemischaufbereitung zugeführt. Aus diesem Grund wird flüssiger Wasserstoff innerhalb des Tanks gezielt verdampft und ein Gaspolster mit definiertem Druck aufgebaut. Die Erwärmung des aus dem Tank entnommenen gasförmigen Wasserstoffs ist für die Gemischaufbereitung notwendig. Dazu wird Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf des Motors genutzt. Dies erfolgt mittels eines Systems aus zwei miteinander gekoppelten Wärmetauschern. Der Wärmetauscher in der so genannten Neben-System-Kapsel (NSK) erhält seine Wärme aus dem Kühlkreislauf des Motors und führt diese einerseits über den zweiten Wärmetauscher dem Wasserstofftank zu, andererseits wird der Wasserstoff für die Gemischaufbereitung erwärmt.

Weltweit standardisierungsfähiger Tankvorgang

Die Befüllung des Wasserstoff-Tanks läuft nach dem manuellen Ankuppeln ohne weiteres Zutun des Fahrers ab. Der Fahrer öffnet die Tankklappe per Druck auf eine Taste im Cockpit. Danach kann die Betankungskupplung mit einer einfachen Arretierbewegung an den Tankverschluss angeschlossen werden. Der weitere Betankungsvorgang vollzieht sich automatisch und dauert etwa acht Minuten.

Für die Ausrüstung aller weltweit vorhandenen Flüssigwasserstoff-Tankstellen wurde eine einheitliche Betankungskupplung entwickelt. Sie entstand in enger Kooperation zwischen Automobilproduzenten, der Versorgungswirtschaft und der Firma Linde, die das technische Know-how für die Erzeugung, Verteilung und Nutzung von Wasserstoff besitzt. Als Vertreter der europäischen Automobilunternehmen war die BMW Group an der Gemeinschaftsentwicklung beteiligt, die den weltweit übertragbaren technischen Standard für Flüssigwasserstoff-Betankungssysteme definiert.

Die Benzinbetankung des BMW Hydrogen 7 entspricht der Kraftstoffbefüllung bei herkömmlichen Modellen. Der Zwölfzylinder-Motor ist für den Betrieb mit Kraftstoff der Sorte Super plus ausgelegt.

Füllstände und Reichweiten beider Kraftstoffsysteme können wie beim BMW 760i vom Fahrer mit Hilfe einer Taste im Blinkerhebel abgerufen werden. Die entsprechenden Werte werden im Cockpit-Display unterhalb der Geschwindigkeitsanzeige dargestellt. Die Umschaltung zwischen Wasserstoff- und Benzin-Betrieb kann manuell über eine separate Taste im Multifunktionslenkrad erfolgen. Weil Motorleistung und Drehmoment unabhängig von der Betriebsart identisch sind, bleibt das Umschalten ohne Auswirkung auf das Fahrverhalten des BMW Hydrogen 7. Während der Fahrt im Wasserstoff­modus erscheint im Display anstelle des Außentemperaturwertes und der Uhrzeit das chemische Symbol für molekularen Wasserstoff: H2. So besteht jederzeit Klarheit über die Nutzung von Wasserstoff.

Generell ist die Betriebssteuerung des BMW Hydrogen 7 so ausgelegt, dass der Nutzung von Wasserstoff der Vorrang eingeräumt wird. Der Motorstart erfolgt grundsätzlich im Wasserstoffmodus. Auf diese Weise wird der Ausstoß von CO und HC während der Warmlaufphase bis zur Aufheizung des Katalysators MINImiert. Diese Konfiguration sorgt für eine weitere Optimierung der Abgaswerte. Falls eine der beiden Kraftstoffarten verbraucht sein sollte, schaltet das System automatisch auf eine Versorgung mit der jeweils anderen Energieform um.

Gezielt modifiziert: Fahrwerk und Karosserie

Der BMW Hydrogen 7 ist serienmäßig mit Leichtmetallrädern der Größe 8J x 18 ausgestattet. Als Sonderausstattung sind auch 19 Zoll große Leichtmetallräder einschließlich eines Mobility Sets möglich. Die 18 Zoll-Reifen verfügen in allen Fällen über Notlaufeigenschaften. Dies gilt sowohl für die Sommer- als auch für die Winterbereifung. Auch bei völligem Druckverlust kann die Fahrt fortgesetzt und eine Werkstatt angesteuert werden. Zusätzlich überwacht eine neue Generation des Reifendruckkontrollsystems RDC (Reifen Druck Control) permanent die Räder des Fahrzeugs. Die Sensoren des RDC sind in die Ventile aller vier Räder integriert und registrieren auch geringe Abweichungen vom Idealwert des Reifendrucks. So kann die Gefahr einer Reifenpanne auch bei schleichendem Druckverlust frühzeitig erkannt werden.

Die Unterbringung zusätzlicher Komponenten im Heckbereich erForderte eine Neuabstimmung der Federungs- und Dämpfungssysteme für den BMW Hydrogen 7. Trotz der höheren Belastung der Hinterachse wurde dabei ein Optimum an Fahrstabilität und Komfort erzielt. Zusätzlich ist der BMW Hydrogen 7 serienmäßig mit der ebenfalls speziell auf dieses Fahrzeug abgestimmten AdaptiveDrive mit Wankstabilisierung und kontinuierlich verstellbarem Dämpferkontrollsystem ausgestattet.

Auch die Karosserie des BMW Hydrogen 7 wurde gezielt modifiziert, um die durch die Antriebstechnik bedingte Gewichtszunahme zu kompensieren und zugleich alle AnForderungen an die passive Sicherheit zu erfüllen. Mit dem Einsatz von kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) wird eine erhöhte Crashfestigkeit bei MINImaler Gewichtszunahme erreicht. Speziell für den BMW Hydrogen 7 wurde eine neuartige CFK-Stahl-Mischbauweise entwickelt. Die Seitenrahmen rechts und links sind umlaufend mit CFK verstärkt, um die Fahrgastzelle zusätzlich zu versteifen. Ein optisch eigenständiges Bauteil ist die Motorhaube. Ihre Kontur ist von einem besonders stark ausgeformten Powerdome geprägt. Die veränderte Formgebung ist wegen des im Vergleich zum herkömmlichen Zwölfzylinder höher aufbauenden Motors notwendig – und zugleich auch ein optischer Hinweis auf die einzigartige Kraftquelle unter der Motorhaube.

Oberklasse-Komfort für vier

Aufgrund der Anordnung des Wasserstoff-Speichertanks unterhalb der Hutablage und hinter der Rücksitzbank wurden Modifikationen in der Gestaltung des Fonds des BMW Hydrogen 7 notwendig. Dies führt zu einer Reduzierung des Kofferraumvolumens auf 225 Liter. Packagebedingt ist auch die Mittelarmlehne im Fond fest installiert. Der BMW Hydrogen 7 ist daher als Viersitzer konzipiert. Die beiden Fondpassagiere genießen im ersten für den Alltagsbetrieb entwickelten Wasserstoff-Fahrzeug der Welt den gleichen hohen Reisekomfort einer Oberklasse-Limousine von BMW. Die Rücksitzbank ist um etwa 115 Millimeter weiter vorn platziert als bei der ausschließlich mit Benzin betriebenen Langversion des BMW 7er, jedoch um etwa 25 Millimeter weiter hinten als in der Limousine mit normalem Radstand. Folglich erreicht die Beinfreiheit auch im BMW Hydrogen 7 die in dieser Fahrzeugklasse gewohnte Großzügigkeit.

Der Komfort wird auch mit der außergewöhnlich umfangreichen Serienausstattung untermauert. Zusätzlich zu der bereits überaus hochwertigen Grundausstattung des BMW 760i umfasst sie unter anderem Klimakomfort-Verbundverglasung, Klimaautomatik "High", Standheizung, Sitzheizung für Fahrer-, Beifahrer- und Fondplätze, Lordosenstütze, elektrische Sitzverstellung mit Memory-Funktion für die Vordersitze, ISOFIX-Kindersitzbefestigung, Park Distance Control, Regensensor, automatisch abblendende Außen- und Innenspiegel, Soft-Close-Automatik für die Türen sowie den Fernlichtassistenten. Die Sonnenschutzrollos für die hinteren Seitenscheiben tragen den Aufdruck "BMW Hydrogen Power". Der gleiche Schriftzug findet sich auch auf den beleuchteten Einstiegsleisten der Türen.

Außerdem sorgen das Navigationssystem Professional, das Hifi-System Professional samt CD-Wechsler sowie ein Fondmonitor samt DVD-Wechsler und TV-Funktion mit DVB-T-Empfang und ein separates Telefon im Fond für maximalen Reisekomfort. Der BMW Hydrogen 7 ist außerdem mit dem Telematik-Dienst BMW Assist und einer Teleservicevorbereitung ausgestattet. Darüber hinaus lassen sich weitere technische Highlights wie Komfortzugang, Lenkradheizung, Aktivsitz vorn, Komfortsitz vorn, aktive Sitzbelüftung vorn, BMW Night Vision, adaptives Kurvenlicht sowie Spracherkennung für die Bedienung von Navigation, Telefon und Audioanlage auch im BMW Hydrogen 7 genießen. Bestandteil des Angebots BMW o­nline ist der Zugriff auf spezielle BMW Wasserstoff-Informationsseiten.

Fortschritt ohne Verzicht

Die Vorstellung, dass der Wechsel zu einer alternativen Energieform mit einem erheblichen Verzicht auf Fahrdynamik und Komfort verbunden sein muss, wird mit dem BMW Hydrogen 7 eindrucksvoll widerlegt. Weder in seiner äußeren Erscheinung noch in seinem Fahrverhalten ähnelt der BMW Hydrogen 7 den bislang im Zusammenhang mit innovativen Antriebskonzepten präsentierten Fahrzeugen. Folglich muss die Abkehr von fossilen Brennstoffen keineswegs mit dem Verzicht auf BMW typische Dynamik und Leistungsfähigkeit verbunden sein. Die Mobilität von morgen und das Fahrerlebnis von heute sind durchaus vereinbar, das Antriebskonzept des BMW Hydrogen 7 kann auch auf künftige Modelle übertragen werden. Das Autofahren wird auch in der Zukunft nichts von seinem Reiz verlieren – aber sauberer sein als je zuvor.

Zukunft erfahren – im BMW Hydrogen 7

Einen BMW Hydrogen 7 zu fahren, bedeutet mehr als die Dynamik und den Komfort einer außergewöhnlichen Oberklasse-Limousine zu erleben. Wer das erste für den Alltagsbetrieb entwickelte Wasserstoff-Fahrzeug der Welt im Straßenverkehr bewegt, hat damit zugleich Anteil an einer Pionierleistung. Den Aufbruch in ein neues Zeitalter der individuellen Mobilität hautnah mitzuerleben, bedeutet auch, diese Entwicklung mit eigenen Erfahrungen zu beeinflussen. Jeder Nutzer des BMW Hydrogen 7 steht daher in außergewöhnlich engem Kontakt zu den Ingenieuren der BMW Group, die an der Entwicklung des Fahrzeugs und seiner Technologie beteiligt sind. So können alle Fragen, die sich im alltäglichen Umgang mit einer vollkommen neuen Technologie ergeben, direkt und ohne Umwege beantwortet werden. Zugleich erhalten die Spezialisten der BMW Group permanente und unmittelbare Rückmeldungen über die Alltagserfahrung mit dem ersten Wasserstoff-Modell im Praxistest.

Zweifellos ist die Präsentation des BMW Hydrogen 7 zugleich der Beginn einer Bewährungsprobe. Trotz intensivster Erprobung lassen sich gewisse Erkenntnisse nach wie vor nur im Praxisbetrieb ermitteln. Dies betrifft vor allem die so genannte Usability, also die Benutzerfreundlichkeit bestimmter Komponenten unter Alltagsbedingungen. Schließlich unterscheidet sich der BMW Hydrogen 7 in zahlreichen Details und Funktionen von einem BMW 7er mit herkömmlichem Benzinmotor.

Mit der Vorstellung des BMW Hydrogen 7 sucht die BMW Group nicht nur den Dialog, sondern auch die Kooperation mit ihren Kunden. Um Wasserstoff als nachhaltige Alternative zu fossilen Energieträgern für die individuelle Mobilität zu etablieren, muss die gezielte Weiterentwicklung technologischer Möglichkeiten parallel zu einer intensiven Auseinandersetzung mit den Ansprüchen und Interessen der Nutzer erfolgen. Der Aufbruch in eine neue Ära der Mobilität ist eine HerausForderung für alle an diesem Prozess beteiligten Gruppen. Das Signal, das die BMW Group mit der Vorstellung des BMW Hydrogen 7 aussendet, richtet sich daher nicht nur an die beteiligten Netzwerkpartner aus Politik, Wissenschaft und Energiewirtschaft, sondern auch an eine Klientel, die richtungweisenden Innovationen auf dem Gebiet der Mobilität aufgeschlossen gegenüber steht.