Toyota - Wasserstoff-Motor - Motorsport - 4/2021 Toyota

Toyota testet Wasserstoff-Verbrenner im Motorsport

Toyota testet Wasserstoff-Verbrenner H2-Dreizylinder im Corolla-Rennwagen

Toyota testet bei einem 24h-Rennen in Japan einen Dreizylinder-Motor, der kein Benzin, sondern Wasserstoff verbrennt. Der Wasserstoffmotor arbeitet in einem handgeschalteten Rennwagen auf Basis des Corolla.

Die Idee ist nicht neu, aber in den letzten Jahren durch den zunehmenden Fokus auf die Elektromobilität aus der Mode geraten. Ein klassischer Motor, der nicht Benzin oder Diesel konsumiert, sondern Wasserstoff. BMW hatte einen solchen Wasserstoff-Verbrennungsmotor vor fast 15 Jahren im Hydrogen 7 vorgestellt. Das war eine Luxuslimousine auf 7er Basis mit einem V12-Motor, der mit Benzin oder eben Wasserstoff lief.

Ganz ist dieser Ansatz einer neuen Mobilität als Ersatz für fossile Brennstoffe allerdings noch nicht vom Tisch. Toyota ruft uns den Wasserstoffmotor wieder in Erinnerung. Der japanische Autokonzern entwickelt einen solchen Verbrenner und testet ihn im Motorsport. Nicht auf der weltweiten Bühne, sondern in der Heimat. Die Erprobung soll beim diesjährigen 24-Stunden-Rennen auf dem Fuji Raceway stattfinden.

Allradantrieb und Handschaltung

Als Basis dient ein zum Rennwagen umgebauter Toyota Corolla. In ihn pflanzen die Ingenieure ein Dreizylinder-Erprobungstriebwerk (Typ GE16-GTS), das mit Wasserstoff gefüttert wird und den direkt in den Zylindern verbrennt. Im Betrieb emittiert der Motor dann Wasserdampf und kein CO2.

Der Turbomotor (Bohrung x Hub: 87,5 x 89,7) ist aus dem GR Yaris bekannt. Für den Einsatz von Wasserstoff modifizierte Toyota unter anderem das Kraftstoffversorgungs- und das Einspritzsystem. Vier Tanks speichern den gasförmigen Wasserstoff. Die Tankanlage ist technisch identisch mit der aus dem Toyota Mirai, der allerdings einen Hochdrucktank weniger hat. Das Gesamtvolumen beträgt 180 Liter. Die kohlefaserverstärkten Kunststofftanks speichern den Wasserstoff bei einem Druck von 700 bar.

Das komprimierte Gas gelangt über das Einspritzsystem direkt in die drei Brennräume des 1,6 Liter großen Motors. Die Verbrennung erfolge schneller als bei vergleichbaren Benzinern, erklärt Toyota, was zu einem besseren Ansprechverhalten des Motors führe. Zudem gäbe es weniger Vibrationen. Der Klang eines Verbrenners bleibe erhalten. Darüber dürften sich Motorsportfans freuen. Der Fahrer schaltet den Corolla per Hand. Die Kraft fließt an alle vier Räder.

Toyota Mirai (2020)
Toyota
Mit dem Mirai hat Toyota ein Wasserstoff-Auto im Angebot. Allerdings mit Brennstoffzelle.

Zu hohe Ziele hat sich Toyota zunächst nicht gesteckt. Mit einer schnellen Marktreife sollten Fans der Technik ebenfalls nicht rechnen. "Die Markteinführung des für den Motorsporteinsatz vorbereiteten Corolla ist derzeit nicht vorgesehen. Vielmehr dient das Rennfahrzeug der Erprobung des Wasserstoffmotors", heißt es in einer Pressemitteilung.

Der Wasserstoff-Verbrenner ist nicht zu verwechseln mit der komplexen Brennstoffzelle. In ihr entsteht elektrischer Strom aus Wasserstoff. Das passiert, indem Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser reagieren. Dabei entsteht Wärme und elektrische Energie, die eine Puffer-Batterie zwischenspeichert oder direkt den Elektromotor antreibt. Toyota baut mit dem Mirai (siehe Bildergalerie) selbst ein solches Brennstoffzellen-Auto in Serie.

Die Verwendung von Wasserstoff (>> 9 Mythen zum Wasserstoffauto) macht eigentlich nur dann Sinn, wenn dieser durch erneuerbare Energien wie Windkraft oder Solar gewonnen wird. Ansonsten ist die Technik nicht CO2-neutral. Am besten handelt es sich um überschüssige, regenerative Energie. Man spricht in diesem Fall von grünem Wasserstoff, den man auf Kontinenten mit den entsprechenden Wetter-Voraussetzungen gewinnt – Afrika und Südamerika – und von dort in die Welt transportiert, was aber wegen der Flüchtigkeit des leichten Gases nicht einfach ist und weitere Energie verbraucht.

Probleme sehen Kritiker außerdem: Die Erzeugung von Wasserstoff per Elektrolyse und seine Rückumwandlung in elektrische Energie und Wasser ist jeweils mit einem überschaubaren Wirkungsgrad verbunden, was den Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffzellenautos gegenüber dem batterieelektrischen um mehr als den Faktor vier schlechter macht. Ein flächendeckender Einsatz des Wasserstoffantriebs für Autos in Deutschland würde etwa so viel Strom verbrauchen, wie wir aktuell insgesamt erzeugen.

Umfrage

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Sollen wir in Zukunft alle mit Wasserstoff fahren?
Auf jeden Fall! Die Brennstoffzelle vereint potenziell CO2-freies Fahren sowie Reichweite zum Nachtanken.
Nein! Brennstoffzellenautos sind genausowenig CO2-neutral wie E-Autos und es wird nie genug bezahlbaren Wasserstoff geben.

Fazit

Mehr als eine Idee, um den Verbrennungsmotor im Motorsport zu retten, ist der H2-Corolla nicht, werden Verfechter der batterieelektrischen Mobilität sagen. Stichwort: Wirkungsgrad. Doch andererseits garantieren nur Wasserstoff – oder E-Fuels – entsprechende Reichweite auch bei dauerhaft hoher Leistungsabgabe. In einem 24h-Rennen will man ja nicht ständig lange nachladen.

Technisch ist ein mit Wasserstoff betriebener Dreizylinder sicher spannend. Ob er eine Zukunft hat, bleibt fraglich. Denn die dürfte im Motorsport eher in Benzin-ähnlichen e-Fuels liegen, die potenziell ebenfalls CO2-neutral sind und weniger Veränderungen der Technik erfordern.

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