Der lange Weg der Brennstoffzelle in die Serie

Mobilität sei fundamental und gerade Frachttransporte würden noch weiter steigen, hieß es in diesem Frühjahr beim Zulieferer Bosch anlässlich des Wiener Motorensymposiums, im Rahmen dessen sich die Experten der großen Zulieferer- und Engineeringunternehmen, wie auch die OEMs alljährlich mit der Zukunft der Mobilität befassen. Für die Mobilitätsexperten bei Bosch zählen dazu auch die Brennstoffzelle sowie synthetische Kraftstoffe. Dass ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb, je nach untersuchter Fahrzeugklasse, ähnlich klimafreundlich wie ein rein batterieelektrisches Mobil und damit eine sinnvolle Ergänzung im Flottenmix sein könne, hatte IAV im Rahmen einer ausführlichen Studie untersucht.

Stellhebel ist eine funktionierende Wasserstoff-Infrastruktur

Zunehmend scheint sich das Thema Brennstoffzelle zumindest im Straßengüterverkehr durchzusetzen. Ein maßgeblicher Hebel ist eine funktionierende Wasserstoff-Infrastruktur. Erst im November gab Daimler Truck bekannt, sich gemeinsam mit TotalEnergies für die Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs in der Europäischen Union zu engagieren. Im Rahmen ihrer Vereinbarung wollen die Partner bei der Entwicklung einer Wasserstoff-Infrastruktur für schwere Lkw zusammenarbeiten und somit die Attraktivität und Effektivität eines CO2-neutalen Straßengüterverkehrs auf Wasserstoffbasis demonstrieren. Die Zusammenarbeit umfasst die Wasserstoffbeschaffung inklusive der damit verbundenen Logistik, die Belieferung von Tankstellen mit Wasserstoff, die Entwicklung wasserstoffbasierter Lkw, den Aufbau eines Kundenstamms sowie weitere Bereiche.

Bis 2030 will TotalEnergies direkt oder indirekt bis zu 150 Wasserstofftankstellen in Deutschland, den Niederlanden, Belgien, Luxemburg und Frankreich betreiben. Im Rahmen der Kooperation wird Daimler Truck bis 2025 auch wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Lkw an seine Kunden in den Niederlanden, Belgien, Luxemburg und Frankreich liefern. Bei Daimler sieht man für den Langstreckenverkehr neben rein batterieelektrischen Lkw vor allem auch wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Lkw als CO2-neutrale Lösungen. Der gemeinsame Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur in Europa werde essentiell für die Etablierung von Brennstoffzellen-Lkw im Transportgewerbe sein, sagt Karin Rådström, verantwortlich für die Marke Mercedes-Benz Lkw und Mitglied des Vorstands der Daimler Truck AG. Alexis Vovk, Präsident Marketing & Services und Mitglied des Vorstands von TotalEnergies, spricht vom Aufbau eines Multi-Energie-Unternehmens. Dieses habe die Ambition, bis 2050 Net Zero zu erreichen. Daher sei der Aufbau eines europäischen Netzes von Wasserstoff-Tankstellen für den Straßenverkehr eine der zentralen Herausforderungen.

Daimler Truck und TotalEnergies sind Mitglieder des Konsortiums H2Accelerate. Um Wasserstoff im Straßengüterverkehr zu etablieren, wollen beide Unternehmen auch Möglichkeiten untersuchen, die Gesamtbetriebskosten eines Wasserstoff-Lkw zu reduzieren. Dafür wolle man auch mit den Behörden kooperieren, die den entsprechenden Rechtsrahmen innerhalb der Europäischen Union regulieren, heißt es bei Daimler.

Wasserstoff könnte neben dem Gütertransport auch das weite Feld des Personentransports beflügeln. Aktuell meldet ZF Friedrichshafen, dass sich das Unternehmen gemeinsam mit Freudenberg, Flixbus und der Klimaschutzorganisation Atmosfair am Projekt HyFleet des Bundesverkehrsministeriums zur Brennstoffzellentechnologie beteiligt. Ziel des Projekts ist die Auslegung und Erprobung eines rein elektrisch angetriebenen Reisebusses. Das Vorhaben ist auf drei Jahre angelegt und soll wichtige Erkenntnisse für den optimalen Einsatz von Brennstoffzellen in Reisebussen ermitteln. Das Konsortium wird von der Freudenberg Fuel Cell e-Power Systems geführt, einer Tochterfirma von Freudenberg Sealing Technologies.

Eine Machbarkeitsstudie soll dabei helfen, Brennstoffzellenantriebe für schwere Nutzfahrzeuge zu optimieren. Konkret geht es um die jeweilige Dimensionierung von Batterie und Brennstoffzelle, um das Kühlkonzept des Systems und um die im Betrieb zu berücksichtigenden Belastungsspitzen für das Antriebssystem.

ZF-Nutzfahrzeugvorstand Wilhelm Rehm sieht in der Brennstoffzelle aufgrund ihrer Reichweite und schnellen Betankungszeiten eine wichtige Rolle in der E-Mobilität für schwere Nutzfahrzeuge. „Die Elektrifizierung betreiben wir seit jeher technologieoffen – auch die Brennstoffzelle hat für uns von Beginn an eine wichtige Rolle als Antriebslösung eingenommen“, sagt Rehm.

Mit einer Entwicklung für den Massenmarkt macht derzeit Zulieferer Mahle auf sich aufmerksam. Konkret geht es um die Innenbeschichtung für Brennstoffzellen-Kühler, für die der Zulieferer eigenen Angaben zufolge weder Schwermetalle noch sonstige umweltschädliche Chemikalien verwendet. Bei der Konstruktion von betriebssicheren Kühlkreisläufen für Brennstoffzellen müssen nichtleitende Kühlmittel eingesetzt werden, da diese mit den stromführenden Bauteilen im Inneren der Brennstoffzelle in Kontakt kommen. Leitende Kühlmittel würden zu unerwünschten Kriechströmen führen. Mahle zufolge kommt hier deionisiertes, also hochreines Wasser mit Zusätzen, zum Einsatz. Würde diese Flüssigkeit die Aluminiumoberfläche des Kühlers berühren, würde sie Spuren des Materials aufnehmen und damit wieder elektrisch leitfähig werden. Mit der neuen Beschichtung sorge man dafür, dass dieser Effekt ausbleibe, heißt es bei Mahle.

Bei der neuen Innenbeschichtung handelt es sich um eine hauchdünne, keramische Haut auf der inneren Aluminiumoberfläche des Kühlers, die dazu beiträgt, dass das Kühlmittel weitestgehend frei von schädlichen Ioneneinträgen bleibt und somit langfristig seine nichtleitenden Eigenschaften behält. Wie man beim Stuttgarter Zulieferer betont, soll die äußerst haltbare Beschichtung die Übertragung von Wärme im Inneren des Bauteils nicht behindern.

Beim Zulieferer Bosch ist man vom Energieträger Wasserstoff überzeugt. Wie das Unternehmen mitteilt, geht es daher erheblich in Vorleistung und investiert von 2021 bis 2024 gut 600 Millionen Euro in mobile Anwendungen und 400 Millionen Euro in Anwendungen für stationäre Strom- und Wärmeerzeugung. Mit Blick auf das Produktportfolio für mobile Wasserstoffanwendungen gibt das Unternehmen just eine Erweiterung um Komponenten für H2-Tanksysteme wie Tankventile oder Druckregler bekannt. Dazu arbeiten die Stuttgarter mit dem italienischen Spezialisten für Wasserstoff-Speicherlösungen OMB Saleri aus Brescia in einer Entwicklungspartnerschaft zusammen. Gemeinsam werde man Produkte für die Großserie weiterentwickeln, heißt es bei Bosch.

Die Zusammenarbeit umfasst eine Lizenz- und Entwicklungsvereinbarung über mehrere Produkte für Wasserstoff-Speicherlösungen in den Druckstufen 350 bar und 700 bar. Gemeinsame Simultaneous-Engineering-Teams sollen die bereits vorhandenen Erzeugnisse jetzt weiterentwickeln und sie für die Großserienproduktion optimieren. Als Partner profitiere Bosch von der Entwicklungskompetenz, einer modernen H2-Testinfrastruktur und -Prüfplätzen sowie von Komponenten, die bereits in ersten Anwendungen überzeugen konnten, hört man aus Stuttgart. Im Gegenzug will Bosch seine Erfahrung in der Industrialisierung von Produkten sowie ein globales Entwicklungs- und Fertigungsnetz für große Stückzahlen einbringen.