Geschäftseinheit: ENERGY SOLUTIONS

Die Brennstoffzelle - Multitool zur Stromerzeugung in der Mobilität

Brennstoffzellen sind Geräte, die einen Brennstoff wie Wasserstoff, Methanol oder Methan in Verbindung mit Sauerstoff als Oxidationsmittel verwenden. Das Ergebnis dieser chemischen Reaktion ist die direkte Stromerzeugung. Anders als bei einem Verbrennungsmotor oder einer Turbine gibt es keine beweglichen Teile, die direkt in diesen Prozess integriert sind. Der Brennstoff verbrennt nicht in einer Flamme oder Explosion, es handelt sich vielmehr um einen elektrochemischen Prozess. In Brennstoffzellen, die Wasserstoff verwenden, trifft ein Wasserstoffmolekül auf ein Sauerstoffmolekül und ihr Zusammentreffen führt zur Produktion von Wasser, Wärme und Strom. Dieses Zusammentreffen ist am effizientesten, wenn es warm (um 65°C) und feucht ist sowie einige Katalysatoren wie Platinum oder Palladium vorhanden sind. Die überwiegende Mehrheit der Brennstoffzellen sind Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen (PEMFC).

»Im Mobilitätsbereich ermöglicht die Brennstoffzelle einen emissionsfreien Transport, ohne die typischen Gewohnheiten zu verändern.«

Andreas Hirschter, Sales & Consulting Alternative Energy Driven Solutions

1838 entdeckte Christian Friedrich Schönbein, dass Wasserstoff und Sauerstoff zwischen in Schwefelsäure getauchten Platindrähten eine Spannung erzeugen. Mehr als 100 Jahre später wurde dieser Effekt in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung bei den Gemini- und Apollo-Missionen der NASA genutzt. Eine weitere Generation später, 1999, verkündete BMW eine erfolgreiche Testphase von ca. 5 Jahren mit wasserstoffbetriebenen Bussen und Autos auf dem Münchner Flughafen. Und heute hat die Brennstoffzelle ihren Platz in PKWs, Bussen, Nutzfahrzeugen, Zügen, Fähren und LKWs gefunden.

Im Mobilitätsbereich ermöglicht die Brennstoffzelle einen emissionsfreien Transport, ohne die typischen Gewohnheiten zu verändern. Die Betankung dauert für einen PKW nur 3-5 Minuten und der Vorgang ist identisch mit dem des Benzintankens.

Die erreichbare Fahrdistanz hängt nur mit der Größe der Wasserstofftanks und dem zur Verfügung stehenden Platz zur Installation dieser zusammen. Anders als bei Batterie betriebenen Elektrofahrzeugen (BEVs) führt kaltes Wetter nicht zu einer drastischen Verringerung der Fahrtreichweite. Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) sind sehr komfortabel im Gebrauch und ihre einzige Grenze ist die Verfügbarkeit von Wasserstofftankstellen.

Im Nutzfahrzeugbereich, insbesondere im Transportsektor, sind eine große Reichweite und hohe Auslastung unerlässlich. Der Energiebedarf eines LKW oder Busses erfordert sehr große und schwere Batterien. Hier hat die Brennstoffzelle ihre Stärke. Brennstoffzellen betriebene Busse haben keine Grenzen in der Reichweite und Personenkapazität. Brennstoffzellen-LKWs haben keine Grenzen in Bezug auf die Beladung und sofern genügend Wasserstoff auf dem Fahrzeug mitgeführt werden kann, ist auch die Reichweite unbegrenzt. Brennstoffzellen betriebene Busse tragen nicht das Risiko der begrenzten Reichweite im Winter mit sich und können leicht in Betankungsstrategien integriert werden.

Während die Branche sich auf große Stückzahlen und schweren Lasten konzentrierte, stellte die AE Driven Solutions GmbH fest, dass man sich fast nur noch um den emissionsfreien Transport in der Transporter- und 3,5 t-Klasse kümmern muss. Paketdienste, Kurierdienste und Lieferdienste nutzen diese Fahrzeuge für den alltäglichen Service von Privatpersonen. Durch die zunehmende Nutzung von Online-Shops ist die Zahl der an die Haushalte zu liefernden Pakete und Waren in den letzten Jahren explodiert und wird in den nächsten Jahren noch stärker wachsen. Im großstädtischen Bereich mag ein rein Batterie betriebener Transporter ausreichen, aber in allen anderen Szenarien sprechen Energiebedarf und Belastbarkeit für Brennstoffzellen betriebene Transporter. Neben Reichweite und Beladung tragen auch Zuverlässigkeit und Nutzbarkeit zu niedrigen Kosten des emissionsfreien Transports im Logistikbereich bei. Brennstoffzellen betriebene Transporter können problemlos im 3-Schicht-Betrieb gefahren werden, da ihre Betankung nur wenig Zeit in Anspruch nimmt. Darüber hinaus ist das AE Driven Solutions Fuel Cell-System durch das Range-Extender-Prinzip in Verbindung mit einer modifizierten Betriebsphilosophie der Brennstoffzelle auf eine maximale Zuverlässigkeit ausgelegt. Offensichtlich erfordern Brennstoffzellensysteme nicht nur tiefe Kenntnisse des Brennstoffzellenstack selbst, ein vergleichbarer Teil des Wissens liegt in der Betriebs- und Steuerungsphilosophie aller mit dem Stack verbundenen Komponenten, genannt Balance of Plant (BOP). Das BOP steuert den Wasser- und Feuchtehaushalt des Brennstoffzellenstacks, die Wasserstoffversorgung sowie die Luftreinigung und -verdichtung. Die Regelung der Temperatur in Verbindung mit Druck und Feuchte sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Einen oft unterschätzten Einfluss hat die Umgebung. Eine Fahrt über die Alpen oder felsige Berge erzeugt nicht nur kalte Lufttemperaturen, in Verbindung damit müssen die Luftfeuchtigkeit am Einlass zur Brennstoffzelle und gleichzeitig der Luftdruck geregelt werden, obwohl die Luft in 3000m Höhe sehr dünn ist. Zudem belastet eine Fahrt durch eine Wüste das BOP mit hoher Lufttemperatur und viel Staub. All diese Einflüsse werden vom BOP verwaltet und tragen zur Effizienz und Zuverlässigkeit der Stromversorgung bei.

Es ist selbsterklärend, dass ein Range-Extender-System, das nur wenige Betriebspunkte hat, innerhalb seines Betriebsbereichs perfekt optimiert werden kann. Die reduzierte Anzahl von Einflussfaktoren ermöglicht eine höhere Leistung und eine perfekte Abstimmung von Luft, Wasserstoff, Feuchtigkeit und Temperatur. Dies alles trägt zum Wohlbefinden des Brennstoffzellenstacks bei, der das Herzstück des Fahrzeugs ist.

Sehen Sie sich auch den nächsten Blogbeitrag am 28. Mai an.
Dann erhalten Sie wieder Einblicke in die NEUMAN & ESSER GROUP.