Gemeinsam für die Brennstoffzelle

Die Zukunft der Brennstoffzellentechnik Wirklichkeit werden lassen: Daran arbeitet Daimler im Projekt Autostack-Industrie gemeinsam mit anderen Automobilherstellern, Zulieferern und Partnern aus der Wissenschaft.

Im Labor steht die Zukunft leise summend auf dem Prüfstand – ein Brennstoffzellenstack, wie er bald in Fahrzeugen aller Art zum Einsatz kommen soll. Die Brennstoffzelle wandelt dabei die in Wasserstoffgas gespeicherte Energie in Strom um. Damit werden elektrische Fahrmotoren und andere Verbraucher betrieben, die einzige Emission ist Wasserdampf.

Der Stack, um den es hier geht, ist allerdings nicht in einem Auto eingebaut, sondern er steht auf dem Prüfstand in einem Labor der Daimler Tochter NuCellSys in Nabern. Hier wird die von zahlreichen Kabeln umgebene Brennstoffzelle gerade mit einer Simulation getestet, die den realen Fahrbetrieb eines Personenwagens nachahmt. Uwe Pasera blickt zufrieden auf die Anlage. „Hier können wir das System rund um die Brennstoffzelle darstellen, wie es später einmal im Auto eingebaut sein könnte. Was fehlt, sind Motor und Räder“, erklärt der Diplom-Ingenieur für Physikalische Technik.

Gabor Toth, Leiter des Projekts Autostack-Industrie bei NuCellSys

Der Energiewandler im Labor der Brennstoffzellen-Spezialisten aus Nabern ist keine reine Daimler Entwicklung, sagt Gabor Toth, sondern in dem Projekt Autostack-Industrie entstanden. So heißt ein deutsches Forschungsprojekt, in dem zahlreiche Partner unter der programmatischen Führung der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) zusammenarbeitet. Toth ist Projektleiter für ASI bei NuCellSys, zusammen mit Entwicklungsingenieur Pasera und rund einem halben Dutzend weiterer Experten arbeitet er bei Daimler an dem Thema.

Die Partner wollen schon in rund zwei Jahren die Technik für großserienreife Brennstoffzellen verfügbar machen: umfassend erprobt und mit hohem Reifegrad.

Die Idee hinter dem Projekt leuchtet ein: Gemeinsam wird einer neuen Technologie der Start in den Markt erleichtert. Später profitieren davon alle Beteiligten, wenn sie ihre eigenen Produkte damit ausstatten. Nach diesem Fahrplan wollen die Partner schon in rund zwei Jahren die Technik für großserienreife Brennstoffzellen verfügbar machen: umfassend erprobt und mit hohem Reifegrad. Ergebnis des Projekts sind dabei keine fertigen Brennstoffzellen, die man kaufen kann. Stattdessen werden technische Vorgaben erarbeitet, nach denen alle beteiligten Hersteller ihre eigenen Lösungen bauen. Das macht ASI sehr flexibel. Denn so können einzelne Module zu Brennstoffzellen ganz verschiedener Leistung und Bauform zusammengefügt werden.

Ein Vorteil von ASI sei auch, dass die Ingenieure auf zwei europäische Vorgängerprojekte aufbauen können, sagt Toth: „Das reduziert die Entwicklungsrisiken gegenüber Vorhaben, die man von Grund auf neu startet.“ Neben den Automobilherstellern BMW, Daimler (mit NuCellSys), Ford und Volkswagen beteiligen sich die Zulieferer DANA, Freudenberg Performance Materials, Greenerity, Powercell Schweden und Umicore sowie als wissenschaftlicher Partner und Koordinator das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) an dem Projekt. Die Zulieferer steuern zum Beispiel das Know-how rund um Membrane, Bipolarplatten, Katalysatoren und Gasdiffusionsschichten sowie den Bau der Brennstoffzellenstacks bei.

Zur richtigen Zeit am richtigen Ort

Prof. Dr. Werner Tillmetz, Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)

Das Projekt komme genau zur richtigen Zeit, sagt Prof. Dr. Werner Tillmetz, Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien am ZSW. Denn derzeit entwickle sich der Markt für die Brennstoffzellentechnologie sehr dynamisch. Die Antriebstechnik sei für Personenwagen mit großer Reichweite genauso gefragt wie für Busse, Nutzfahrzeuge aller Art, Eisenbahnen und viele andere Anwendung in Mobilität und Energietechnik. Professor Tillmetz und Projektkoordinator André Martin haben die Reihe von mittlerweile drei Autostack-Projekten angestoßen und mit ihren Kollegen von Anfang an koordiniert.

Die Zusammenarbeit in der Autostack-Industrie sei auch für den Industriestandort Deutschland gut, sagt Tillmetz: „ASI trägt dazu bei, die Wertschöpfung für die Brennstoffzellentechnologie in Europa zu halten.“ Deutschland beispielsweise sei heute im internationalen Vergleich sehr gut in der Forschung und Entwicklung zu dem Thema aufgestellt. Nun gehe es darum, die industrielle Umsetzung auf einer breiten Basis zu schaffen.

Das will auch die deutsche Bundesregierung unterstützen: Gefördert wird Autostack-Industrie (ASI) mit knapp 20 Millionen Euro durch das deutsche Bundesverkehrsministerium über das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP). Das ist rund ein Drittel des gesamten Budgets inklusive der Leistungen aller Partner, sagt Projektkoordinator Martin. Der Brennstoffzellenexperte hat lange bei Ballard und Daimler gearbeitet und sich in Brüssel auf europäischer Ebene für das zukunftsträchtige Antriebssystem eingesetzt, das Wasserstoff elektrochemisch in Strom und Wasserdampf wandelt.

Dann kommt es schon einmal vor, dass im heißen August auf dem Teststand Temperaturen wie im rauesten Winter herrschen.

Uwe Pasera, Diplomingenieur für Physikalische Technik beim Projekt Autostack-Industrie

Uwe Pasera, Diplomingenieur für Physikalische Technik beim Projekt Autostack-Industrie

Daimler übernimmt mit NuCellSys eine besonders wichtige Rolle beim Prüfen der einzelnen Entwicklungsschritte. Diese Prüfungen gestalten die Ingenieure sehr realistisch: Das Brennstoffzellenstack muss sich zum Beispiel bei unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen bewähren. „Dann kommt es schon einmal vor, dass im heißen August auf dem Teststand Temperaturen wie im rauesten Winter herrschen“, erklärt Pasera. Dass NuCellSys diesen Schwerpunkt gewählt hat, sei sinnvoll, sagt der Ingenieur, „schließlich haben wir hier im Haus eine extrem große und historisch gewachsene Kompetenz für die Brennstoffzellentechnik“: Daimler hat schon 1994 das Forschungsfahrzeug Mercedes-Benz NECAR 1 vorgestellt. Darauf folgten zahlreiche weitere Forschungsfahrzeuge, Studien, seriennahe Erprobungstypen und schließlich der GLC F-CELL. Er wurde 2017 mit Vorserienmodellen auf der IAA in Frankfurt präsentiert, seine Serienproduktion bereitet Daimler derzeit vor.

Bis die Ergebnisse von ASI serienmäßig in Fahrzeugen eingebaut werden, wird es noch einige Zeit dauern. Im Jahr 2021 soll das Projekt abgeschlossen werden, sagt André Martin. Danach stehe einer schnellen Umsetzung im Markt nichts im Weg. „Schließlich werden durch das Projekt sehr viele Technologieelemente vereinheitlicht, um Wissen zu schaffen und wirtschaftliche Vorteile für die Produktion zu erarbeiten.“ ASI verhindere, erklärt Martin, dass ein einzelner Hersteller zwar eine technisch gute Lösung entwickele, es wegen der hohen Produktionskosten dann aber viele Jahre dauere, bis sich die Technologie auch wirtschaftlich lohne. Langfristig profitieren werden von der Zusammenarbeit daher nicht nur die Fahrzeughersteller, sondern alle Beteiligten, da ist sich der Projektkoordinator sicher: „Jeder Partner bringt wichtiges Know-how ein und jeder Partner nimmt neues Wissen für seine eigenen Entwicklungen in der Zukunft mit.“

Win-Win-Situation für alle

Der Markt ist schon jetzt bereit für das Ergebnis des Projekts. Denn die Nachfrage nach einer modularen und robusten Brennstoffzellentechnik wächst. Impulse für den Automobilbereich kommen dabei auch aus anderen Industriesektoren, beispielsweise von der Bahntechnik. So wurde im Sommer 2018 in Wiesbaden der erste Brennstoffzellenzug für den Regionalverkehr vorgestellt, der auf nicht elektrifizierten Strecken Dieseltriebzüge ablösen soll.

Angesichts dieser Entwicklung sei es gut, dass in Deutschland die Einrichtungen für eine zuverlässige Versorgung mit Wasserstoffgas kontinuierlich ausgebaut werden, betont Tillmetz. So gibt es zum Beispiel immer mehr Elektrolyseure, die mit Strom aus Windenergie betrieben werden und Wasserstoff aus Wasser erzeugen. Auch das Netz der Tankstellen in Deutschland soll bis zum Jahr 2022 auf rund 400 Anlagen erweitert werden. Derzeit sind es rund 50 Tankstellen in der Bundesrepublik. Dort kann ein Auto mit Brennstoffzellenantrieb eine seiner großen Stärken ausspielen: die kurze Betankungszeit bei hoher Reichweite und mit Wasser als einziger Emission

Wir verwenden Cookies

Damit wollen wir unsere Webseiten nutzerfreundlicher gestalten und fortlaufend verbessern. Wenn Sie die Webseiten weiter nutzen, stimmen Sie dadurch der Verwendung von Cookies zu.