Modulare Brennstoffzellenaggregate: Umsetzung der Anforderungen für die Anwendung in Schwerlast-Fernverkehrsnutzfahrzeugen

Autoren

Prof. Dr. rer. nat. C. H. Mohrdieck, K. J. Eisfeld, cellcentric GmbH & Co. KG, Kirchheim Teck/Nabern; J. Kempf, Daimler Truck AG, Stuttgart:

Jahr

2021

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Jüngste Emissionsvorschriften der europäischen Union für die Reduzierung von CO₂- Austoß für Lastkraftwagen und schwere Nutzfahrzeuge, verlangen von Fahrzeugherstellern ein Umdenken, um auch im Bereich der Nutzfahrzeuge eine emotionsfreie Alternative in Serie anzubieten. In diesem Zusammenhang ist die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie die vielversprechendste Option für einen Antriebsstrang im Schwerlast-Fernverkehrsnutzfahrzeug zur Erreichung der gesetzten CO₂-Ziele. Einhergehend mit der anwendungsspezifischen Entwicklung von Brennstoffzellen-Systemen für Schwerlast-Fernverkehrsnutzfahrzeuge gibt es neue Anforderungen an die Brennstoffzelle, die sich wesentlich von denen für Personenkraftfahrzeugen unterscheiden. Vor allem hinsichtlich der Lebensdauer werden deutlich höhere Anforderungen an das Brennstoffzellensystem gestellt. Um diesen Erfordernissen Rechnung zu tragen, bedarf es einerseits neuer Komponenten sowie andererseits einer neuen Anordnung dieser innerhalb des Brennstoffzellensystems. Dazu gehören zum Beispiel eine Carbon-Bipolarplatte anstelle einer beschichteten metallischen Bipolarplatte, eine aktive Anodenrezirkulation mit Wasserstoffrezirkulationsgebläse anstelle einer passiv betriebenen Strahlpumpe und eine andere Betriebsführung des Systems als im Personenkraftwagen. Eine weitere Lkw-spezifische Herausforderung sind die Total Cost of Ownership (TCO), die in der Nutzfahrzeug-Branche entscheidend für den Erwerb und Betrieb eines Nutz- oder Schwerlastfahrzeugs sind. Diese Kosten müssen auf ein vergleichbares Niveau zu bisherigen Antriebssträngen wie Diesel oder Elektrobatterie gebracht werden, um eine Marktdurchdringung zu erreichen. In diesem Zusammenhang wurden vier Hebel zur Reduzierung der TCO identifiziert: Optimierung der Kostenstruktur des Brennstoffzellensystems durch Produktions-Volumenerhöhung im Rahmen der Serienfertigung, die Anwendung der Design-to-Cost-Methode in der Entwicklung zur Optimierung der Kostenstruktur des Produkts, Optimierung des Produktionsprozesses von der Prototypenfertigung hin zur Serienfertigung und Reduzierung der Kraftstoffkosten über den Produktlebenszyklus. Insbesondere in der Produktionsprozessentwicklung konnten durch verschiedene Optimierungen bahnbrechende Verbesserungen der Taktzeiten über alle Produktionsschritte hinweg realisiert werden. Die Lösung dieser technischen Herausforderungen ist jedoch nur eine von drei Voraussetzungen, die notwendig sind, um die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie zur Anwendung zu bringen. Auch eine entsprechende Wasserstoff-Infrastruktur sowie fördernde gesetzliche Rahmenbedingungen sind erforderlich, um Anreize für die breite Verwendung von Brennstoffzellen zu setzen.

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