Wasserstoff bringt Schwung in den Schwerlastverkehr

Abgesehen von der rasanten Weiterentwicklung der Batterietechnologie im ÖPNV und Verteilerverkehr stelle Wasserstoff (H2) für den Fernverkehr eine gute ergänzende Option als alternativer Kraftstoff dar, meldete MAN Truck & Bus Ende des vergangenen Jahres. Der OEM stellte gleichzeitig seine Entwicklungs-Roadmap vor, zu der ein Aufbau von Prototyp-Fahrzeugen bereits in diesem Jahr zählt. Das Unternehmen erprobt dabei sowohl den Einsatz einer Brennstoffzelle wie auch eines H2-Verbrennungsmotors. Im Wasserstoff-Verbrenner sehe man eine schneller verfügbare und robuste Lösung durch die bekannte Basistechnologie, die als Brückentechnologie dienen könnte, hört man aus der Zentrale in München. Der testweise Praxiseinsatz in Zusammenarbeit mit ausgewählten Kunden ist MAN zufolge für die Jahre 2023/24 geplant, mit dem Ziel der Erprobung des gesamten Ökosystems Wasserstoff in der Transportlogistik.

Der Sektor Schwerlastverkehr ist dieser Tage in Bewegung. Möglich, dass dazu auch das bereits Mitte 2020 in Aussicht gestellte nationale Flottenerneuerungsprogramm des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) als eine Art Beschleuniger dient. Wer demnach einen alten Lkw der Abgasnormen Euro 0-5 oder EEV verschrottet und sich für einen neuen Lkw der Abgasstufe Euro 6 entscheidet, erhält eine Unterstützung von bis zu 15.000 Euro. In einem ersten Zug werden davon freilich weit sauberere Euro 6-Verbrenner und batterieelektrische Fahrzeuge profitieren.

Das Brennstoffzellen-Fahrzeug wird mit verdichtetem Wasserstoff als Energiespeicher betankt. Der wird dann im Fahrbetrieb über die am Fahrgestell montierte Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt. Doch noch sind die Vorteile des Brennstoffzellenantriebs – längere Reichweite als BEVs, kein CO2-Ausstoß im Vergleich zum Diesel sowie kurze Tankvorgänge wie beim Verbrenner – mit Blick auf die Praxis noch im zarten Anfangsstadium.

So meldet Volvo Trucks zwar für 2021 eine komplette Modellpalette elektrisch angetriebener Lkw von 16 bis 44 Tonnen auf dem europäischen Markt. Die Brennstoffzelle ist aber noch nicht Part of the Game: Mit dem Verkauf elektrisch angetriebener Lkw auf Basis von Brennstoffzellen werde man voraussichtlich in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts beginnen, teilen die Schweden mit. Sie stellen für 2040 in Aussicht, dass die gesamte Produktpalette von Volvo Trucks dann ohne fossile Energieträger auskommen soll. Die meisten Transportunternehmen werden Volvo zufolge schrittweise auf Elektrofahrzeuge umsteigen. In der Praxis werde es aber eine Übergangsphase geben, in der viele von ihnen einen gemischten Lkw-Fuhrpark betreiben, dessen Fahrzeuge mit unterschiedlichen Energieträgern angetrieben werden.

Die Volvo Group und Wettbewerber Daimler Truck verkündeten Ende April des vergangenen Jahres die Unterzeichnung einer vorläufigen, nicht bindenden Vereinbarung zur Gründung eines 50:50-Joint Ventures für die Entwicklung und Serienfertigung von Brennstoffzellen für schwere Nutzfahrzeuge und andere Anwendungsfelder, womit die OEMs auf eine serienreife Entwicklung, Produktion und Vermarktung von Brennstoffzellensystemen zielen. Im September 2020 feierte die Daimler Truck AG die Weltpremiere des Brennstoffzellen-Konzept-Lkw Mercedes-Benz GenH2 Truck. Mit dem GenH2 zeigt der Hersteller, welche konkreten Technologien er vorantreibt, damit schwere Brennstoffzellen-Lkw mit Reichweiten von bis zu 1.000 Kilometer und mehr mit einer Tankfüllung fahren können. Daimler Truck plant den Beginn der Kundenerprobung des GenH2 Truck für das Jahr 2023, der Serienstart soll in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts folgen.

Beim Thema Brennstoffzelle melden gerade die Hersteller aus Asien greifbare Erfolge. So verkündete die Toyota Motor Corporation mit dem Nutzfahrzeug-Spezialisten Hino Motors noch im vergangenen Frühjahr die Entwicklung eines schweren Trucks, der rund 600 Kilometer ohne CO2- und andere Schadstoffemissionen zurücklegen können soll. Toyota drückt auch beim Thema Busse aufs Pedal: Noch kurz vor Jahreswechsel meldeten die Japaner eine neue strategische Allianz mit zwei portugiesischen Unternehmen zum Ausbau der Wasserstoffmobilität in Europa. So ist Toyota Caetano Portugal (TCAP), ein Joint Venture zwischen Toyota Motor Europe (TME) und Salvador Caetano, neuer Anteilseigner von CaetanoBus und Finlog. Bei Finlog handelt es sich um einen Pkw-Finanzdienstleister, CaetanoBus hingegen produziert und vertreibt Busse. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Elektrifizierung speziell von Stadtbussen baue man die Sparte der kommerziellen emissionsfreien Mobilität weiter aus und nutze dabei die langjährige Erfahrung von CaetanoBus im Vertrieb von emissionsfreien Bussen, teilt Toyota mit. Finlog soll ein komplettes operatives Leasingprogramm entwickeln, das sich auf das Busgeschäft konzentriere.

Die Hyundai Motor Company drängt indes mit ihren Lkw des Typs Xcient Fuel Cell nach Europa. Bereits im vergangenen Jahr lieferte das Unternehmen erste Fahrzeuge in die Schweiz. Bei Hyundai hebt man mit Blick auf die Wasserstoff-Brennstoffzellen das eigene gesamtheitliche Konzept hervor. Unter dem Kürzel HTWO stellte der koreanische OEM kürzlich einen neuen Geschäftsbereich vor, eine Divison, die eigenem Bekunden nach dazu beitragen soll, „die Entwicklung einer emissionsfreien Gesellschaft zu beschleunigen.“ Die Division konzentriere sich zunächst auf die vier wichtigen Regionen Südkorea, USA, Europa und China, heißt es bei Hyundai. Beim OEM spricht man mit Blick auf die Brennstoffzellensysteme der kommenden Generationen zudem von einer Technologie, die nicht nur bei Automobilen zum Einsatz kommen, sondern sich auch in Flugtaxis, Schiffen und Zügen wiederfinden werde.

Interessante Nachrichten kommen indes auch von der anderen Seite des Ozeans: So kündigten kürzlich das Mobilitätsunternehmen Hyzon aus Rochester, New York, mit Fokus auf Wasserstoff im Nutzfahrzeugmarkt und die Decarbonization Plus Acquisition Corporation, kurz DCRB, ihren Zusammenschluss an. DCRB wird von einer Tochtergesellschaft der Riverstone Holdings gesponsert und stellt eine weitere Ausweitung von Riverstones Erfahrung im Bereich kohlenstoffarmer Investitionen dar. Die aktuelle Vereinbarung soll dazu führen, dass Hyzon ein börsennotiertes Unternehmen wird. Wie Hyzon meldet, verfügt das Board of Directors des kombinierten Unternehmens über weitreichende Erfahrungen in den Bereichen Flottenmobilität, Automobil, Elektroenergie und Technologie. Unter Verwendung seiner firmeneigenen Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie will Hyzon emissionsfreie schwere Nutzfahrzeuge und Busse für Kunden in Nordamerika, Europa, Asien und Australien herstellen. Den Abschluss der Transaktion erwarten die Unternehmen im zweiten Kalenderquartal 2021.

Wasserstoffangetriebenen Lkw europaweit zum Durchbruch zu verhelfen und einen emissionsfreien Transport bis zum Jahre 2050 zu erreichen, hat sich die Interessengemeinschaft H2Accelerate, kurz H2A, auf die Fahnen geschrieben. Beteiligt sind Daimler Truck, Iveco, die Volvo Group, OMV sowie Shell. Wie Daimler zum Startschuss im Dezember verkündete, werde die flächendeckende Einführung von wasserstoffangetriebenen Lkw etwa ein Jahrzehnt in Anspruch nehmen. Den Anfang sollen Kunden machen, die sich bereits frühzeitig zu dieser Technologie bekennen und entsprechende Lkw einsetzen wollen. Die Lkw sollen zunächst in regionalen Clustern und entlang europäischer Transportrouten mit hoher Auslastung und guter Wasserstoff-Tankstellenversorgung fahren. Im Laufe des Jahrzehnts könnten diese Cluster dann miteinander verbunden werden, sodass ein europaweites Netzwerk entstehe, heißt es. Die H2A-Beteiligten wollen dazu in einer ersten Phase gemeinsam Fördermittel für frühe Vorserienprojekte akquirieren. Die Rede ist dabei von mehr als 20 Tankstellen mit höherer Kapazität sowie von hunderten Lkw. Für die zweite Hälfte der 2020er Jahre denke man an eine vierstellige Produktionszahl pro Jahr.

Martin Daum, Vorsitzender des Vorstands der Daimler Truck AG, erklärt: „Diese beispiellose Zusammenarbeit ist ein wichtiger Meilenstein, um notwendige Rahmenbedingungen für einen breiten Absatzmarkt für wasserstoffbasierte Lkw zu schaffen und voranzubringen. Sie ist zugleich ein Aufruf zum Handeln für Politik, weitere beteiligte Akteure und die Gesellschaft.“ Martin Lundstedt, Präsident und CEO der Volvo Group, ergänzt: „In Zukunft wird der Verkehr auf einer Kombination aus batterieelektrischen und brennstoffzellenbasierten Elektrofahrzeugen sowie bis zu einem gewissen Grad auch anderen erneuerbaren Kraftstoffen basieren. Die Zusammenarbeit im Rahmen von H2Accelerate stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer lebenswerteren Welt dar.“

Eine schnelle Energieaufnahme, die zeitlich in etwa einem klassischen Tankvorgang entspricht, kann freilich zu einem schlagkräftigen Argument für den Brennstoffzellenantrieb werden. Doch so simpel wie das Tanken herkömmlichen Kraftstoffs ist die Flüssigwasserstoff-Betankungstechnologie für Lkw indes nicht. Daimler Truck und Linde haben daher eine Vereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung der nächsten Generation einer Flüssigwasserstoff-Betankungstechnologie für Brennstoffzellen-Lkw unterzeichnet. Im Fokus der Kooperation steht die sogenannte sLH2-Technologie, ein neues Betankungsverfahren für flüssigen Wasserstoff. Dahinter verbirgt sich subcooled liquid hydrogen, ein Verfahren, bei dem ein im Vergleich zum Umgebungsdruck höheres Druckniveau sowie eine spezielle Temperaturregelung genutzt wird, um den sogenannten Boil-off-Effekt und „Rückgas“ während der Betankung zu vermeiden.

Wie Daimler mitteilt, erfordert das Verfahren keine komplexe Datenkommunikation zwischen der Tankstelle und dem Lkw während der Betankung. Die Technologie soll damit einfachere Tankstellenkonzepte ermöglichen. Die Unternehmen planen die erste Betankung eines Prototyp-Lkw an einer Pilotstation in Deutschland für das Jahr 2023. Linde und Daimler Truck beabsichtigen eigenem Bekunden nach ein hohes Maß an Transparenz und Offenheit rund um die relevanten Schnittstellen der gemeinsam entwickelten Technologien. Indem möglichst viele weitere Unternehmen eigene Betankungs- und Fahrzeugtechnologien unter Nutzung des neuen Flüssigwasserstoff-Standards entwickeln, soll ein globaler Massenmarkt für das neue Verfahren etabliert werden.

Am anderen Ende der Fahrzeuggattungen meldete kürzlich das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM eine Entwicklung, die insbesondere mit Blick auf die Tankstellen-Infrastruktur und das Nutzen der Brennstoffzellentechnologie in Kleinstfahrzeugen spannend klingt. Wasserstoff wird an H2-Tankstellen üblicherweise mit 700-fachem Atmosphärendruck in die Drucktanks der Fahrzeuge gepresst. Gerade für Kleinstfahrzeuge bis hinunter zur Klasse der E-Scooter wäre dieser Wert zu hoch, so die Wissenschaftler. Sie haben daher eine sogenannte Powerpaste auf Basis pulverförmigen Magnesiums entwickelt. Bei 350 Grad Celsius und fünf- bis sechsfachem Atmosphärendruck wird dieses mit Wasserstoff zu Magnesiumhydrid umgesetzt; hinzu kommen noch Ester und Metallsalz. Um das Fahrzeug anzutreiben, befördert ein Stempel die Paste aus der Kartusche heraus. Aus einem Tank wird Wasser zugegeben, es entsteht gasförmiger Wasserstoff. Die Menge werde dabei dynamisch dem Wasserstoffbedarf der Brennstoffzelle angepasst, schildern die Wissenschaftler.

Laut ihnen ist die Energiespeicherdichte der Powerpaste wesentlich höher als bei einem 700 bar-Drucktank. Verglichen mit Batterien habe sie sogar die zehnfache Energiespeicherdichte, sagt Marcus Vogt, Wissenschaftler am IFAM. Interessant mit Blick auf größere Fahrzeuge: Die Entwicklung könne indes auch für Autos, Zustellfahrzeuge oder Range Extender interessant werden, heißt es am IFAM in Dresden. Während gasförmiger Wasserstoff eine kostenintensive Infrastruktur erfordere, lasse sich die Paste auch dort einsetzen, wo eine solche Infrastruktur fehle - also dort, wo es keine Wasserstofftankstellen gibt. Stattdessen könnte jede beliebige Tankstelle die Powerpaste in Kartuschen oder Kanistern anbieten, da sie fließfähig und pumpbar sei.