Bild1_H2-Hochleistungsprüfstand

Immer wieder erlebt die Diskussion um die Brennstoffzelle eine Renaissance, derzeit arbeiten Autobauer und Zulieferer wieder verstärkt an dem Thema. Bild: TU Chemnitz, Jacob Müller

| von Götz Fuchslocher

Gerade scheint – wieder einmal – ein Tal in der Präsenz des Themas Brennstoffzelle durchschritten. Denn eine handvoll OEMs zeigen mit veritablen, freilich noch in sehr kleinen Auflagen laufenden Fahrzeugen, dass der Wasserstoffantrieb funktionieren kann. Auch zahlreiche Zulieferer melden sich derzeit zum Thema Brennstoffzelle zu Wort, oder signalisieren, dass man am Thema „dran sei“. Zahlreiche Aktivitäten lassen darauf schließen, dass man in der Branche das Feld nicht alleine den klassischen Batterien überlassen will. Wie wichtig eine Offenheit bei den Technologien in mehrere Richtungen ist, zeigt eine gemeinsam von VDE und VDI herausgegebene Studie, in der die Verbände betonen, dass Batterien und Brennstoffzellen sich ergänzende Technologien darstellen.

Dass man beim Thema Wasserstoff die gleichen Hürden wie bei der Elektromobilität überwinden müsse, sieht man bei den Marktexperten von Berylls. Hier wie dort gelte: „Ohne attraktives Portfolio werden die Kunden kein Interesse zeigen, ohne eine ausreichend verfügbare Infrastruktur werden Kunden ebenfalls kein Interesse zeigen, ohne Kundeninteresse wird kein attraktives Portfolio entwickelt und so weiter“, sagt Andreas Radics, geschäftsführender Partner bei Berylls Strategy Advisors. Es fehle ein umfassendes, attraktives Angebot an Brennstoffzellenautos. Und auch das Versorgungsnetz, mit dessen Aufbau bereits 2009 begonnen wurde, sei mit derzeit 71 Tankstellen in Deutschland praktisch nicht existent. Interessanter werde die Diskussion erst dann, wenn man die Diskussion über Wasserstoff in Zusammenhang mit synthetischen Kraftstoffen führen würde. Als Basis für synthetische Kraftstoffe könnte laut Berylls Wasserstoff zur CO2-neutralen Mobilität erheblich beitragen. Vorausgesetzt, für seine Produktion werde Ökostrom genutzt. Immerhin kommt seit Monaten wieder richtig Schwung in das Themenfeld Brennstoffzelle.

In einem eigenen Brennstoffzellenprojekthaus analysiert Mahle die Ergebnisse und definiert die Auslegung der Peripherie­komponenten, die zu einem kostenoptimalen Fahrzeug führt. Bild: Mahle

Zulieferer haben Brennstoffzelle auf dem Radar

Antriebsexperte Mahle bündelt seine Brennstoffzellenkompetenz in einer agilen Struktur: Im so genannten Brennstoffzellenprojekthaus wird vor allem die Wichtigkeit der gesamtsystemischen Perspektive für die Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit von Brennstoffzellen­fahrzeugen großgeschrieben. Ein Team analysiere dort die Ergebnisse und definiere die Auslegung der Peripherie­komponenten, die zu einem kostenoptimalen Fahrzeug führen, hört man von Mahle. Dabei übertrage man die Expertise aus verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsbereichen der klassischen Mobilität in das Brennstoffzellenprojekthaus und lasse Thermo-, Luft-, Liquid-Management und Filtration gezielt zusammenwirken.

Auch die Powertrain-Experten von Continental haben die Brennstoffzelle auf dem Schirm. So verkündete der Zulieferer erst im Juli den Ausbau des Bereichs Brennstoffzellentechnologie. Im Rahmen einer strategischen Kooperation mit der TU Chemnitz weihte das Unternehmen ein Brennstoffzellenlabor auf dem Uni-Campus ein. Das Herz dieser neuen Anlage ist ein Hochleistungsprüfstand zum dauerhaften Test von Antriebsleistungen bis zu 150 Kilowatt mit einer Option auf bis zu 300 kW. Eines der ersten Projekte des Zulieferers fokussiert vor allem die noch hohen Kosten von Brennstoffzellenantrieben. „Ziel des Projektes ist die Vorbereitung einer Großserienfertigung neuer Bipolarplatten mit höherer Energiedichte, die kleinere Abmessungen und wirtschaftlichere Systeme ermöglichen“, schildert Stephan Rebhan, Leiter Technologie & Innovation bei Continental, Bereich Powertrain. In einem zweiten Projekt werden Steuergeräte und Steuer-Algorithmen für den effizienten Betrieb von Brennstoffzellen entwickelt. Continental Powertrain-CEO Andreas Wolf sieht in der Brennstoffzelle einen wichtigen Zweig in der Antriebsvielfalt. Im exklusiven carIT-Interview zeigt sich der Powertrain-Chef vom Potenzial des Wasserstoffantriebs überzeugt: „Da die Fuel Cell ausschließlich Wasserdampf als Abgas freisetzt, ist sie ein sehr sauberer Energiewandler, der heute bis zu 60 Prozent Wirkungsgrad erreicht“, so der Powertrain-Chef. Wolf erachtet die Brennstoffzellentechnologie insbesondere für leichte und schwere Nutzfahrzeuge als sinnvoll und zeigt Perspektiven auf: Dies voraussichtlich schon ab 2022. Nach 2025 auch im Pkw, ab 2030 im Massenmarkt. 

Fortschritte durch Feintuning an der Katalyse

Eine höhere Energiedichte und das Feintuning an gewissen Parametern sind derzeit ganz allgemein die Bestrebungen rund ums Thema Brennstoffzelle. So meldet die TU München (TUM) Erfolge mit Blick auf die Brennstoffzellen-Katalysatoren. Einem interdisziplinären Forschungsteam der TUM ist es demnach gelungen, die Größe von Platin-Nanopartikeln für die Katalyse in Brennstoffzellen deutlich zu optimieren. Die Forscher richteten ihren Blick dabei insbesondere auf das teuere Platin, das für die Sauerstoff-Reduktions-Reaktion eine zentrale Rolle spielt. Um eine ideale Lösung zu finden, modellierten die Wissenschaftler das Gesamtsystem am Computer und stellten die Frage, wie klein ein Häuflein Platin-Atome werden könne, um noch katalytisch hochaktiv zu sein. Als ideal stellten sich etwa einen Nanometer große Partikel heraus, die rund 40 Platin-Atome enthalten. „Unser Katalysator ist doppelt so gut wie der beste handelsübliche Katalysator“, erläutert Batyr Garlyyev, einer der Erstautoren der Studie. Noch reiche das aber nicht für kommerzielle Anwendungen, hierfür sei es nötig, die Reduktion der Platinmenge von derzeit 50 auf 80 Prozent zu verbessern.

Wie in Europa das Thema Brennstoffzellenantrieb mit all seinen Facetten auf die Tagesordnung der Automotive-Unternehmen rückt, zeigt der französische Zulieferer Faurecia, der kürzlich die Gründung eines globalen Kompetenzzentrums für Wasserstoffspeichersysteme in seinem Forschungs- und Entwicklungszentrum im französischen Bavans ankündigte. Bei Faurecia beabsichtigt man eigenem Bekunden zufolge, verstärkt in die Forschung und Entwicklung von effizienteren und leichteren Hochdrucktanks zu investieren. Dazu zähle auch ein Testzentrum zur Charakterisierung dieser Tanks. Das Zentrum soll bereits im zweiten Quartal 2020 in Betrieb gehen. „Die Gründung unseres Kompetenzzentrums für Wasserstofftanks in Frankreich ist ein entscheidender Baustein unserer Strategie, weltweit führender Anbieter von Brennstoffzellensystemen zu werden. Diese Technologie, die perfekt auf Nutz- und Lastkraftwagen abgestimmt ist, wird eine wichtige Rolle auf dem Gebiet der emissionsfreien Mobilität spielen“, sagt Christophe Schmitt, Executive Vice-President von Faurecia Clean Mobility.

Mit dem Projekt Breeze! will FEV zeigen, dass eine Brennstoffzelle selbst in kleinen Fahrzeugtypen sinnvoll eingesetzt werden kann. Bild: FEV

Bessere Infrastruktur und Einsatz auch in Kleinfahrzeugen

In Aachen, am Sitz der Rheinisch Westfälischen Technischen Hochschule RWTH sowie der Heimstation eines der namhaften Engineering-Dienstleisters auf dem Gebiet der Fahrzeugentwicklung, wurde Ende Juni die erste Wasserstoffzapfsäule in Betrieb genommen. Professor Stefan Pischinger, President & CEO der FEV Group, sagte im Umfeld der Eröffnung: „Auch wenn die batterieelektrischen Fahrzeuge in der öffentlichen Diskussion aktuell als die Alternative zum klassischen Verbrennungsmotor gehandelt werden, bietet der Brennstoffzellenantrieb viele Vorteile.“ Dass den Brennstoffzellen-Fahrzeugen bislang eine Marktdurchdringung verwehrt blieb, liegt laut den Aachener Engineering-Experten an den hohen Anschaffungs- und Betankungskosten sowie der geringen Zahl an Wasserstofftankstellen. FEV arbeite in zahlreichen Entwicklungsprojekten zur Auslegung von Brennstoffzellensystemen, Fahrzeugbenchmarks und Kosten­analysen daran, diese Antriebstechnologie für ein breites Spektrum an Zielanwendungen nutzbar zu machen, heißt es. Zu diesen zählt etwa auch der Einsatz selbst in kleinen Fahrzeugen. So habe man mit dem Projekt „Breeze!“ bereits 2015 anhand eines Demonstrator-Fahrzeugs zeigen können, dass eine Brennstoffzelle selbst in kleinen Fahrzeugtypen wie dem Fiat 500 sinnvoll eingesetzt werden könne. Laut FEV werde mit der Eröffnung der Tankstelle in Aachen die Infrastruktur in der Metropolregion Rheinland gestärkt. Bis Ende des Jahres soll die Infrastruktur in Deutschland auf insgesamt 100 Wasserstofftankstellen ausgebaut werden.

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