Der Brennstoffzellenantrieb ist noch nicht am Ende

Regelmäßig erlebt der Brennstoffzellenantrieb Auftrieb. Bedenklich daran ist allerdings, dass dies seit über 25 Jahren regelmäßig passiert. Auch weil die Fortschritte bei der batterieelektrischen Mobilität beachtlich sind, gerät diese H 2-Technik jedes Mal ins Hintertreffen. Dabei bietet ein Brennstoffzellenfahrzeug den OEMs die große Chance, die Wertschöpfung wieder ins Haus zu holen. Mit der Traktionsbatterie wird dies nämlich nicht mehr gelingen.

Die Brennstoffzelle ist ein Energiewandler, der die im Brennstoff (meist Wasserstoff) gespeicherte Energie mithilfe von Sauerstoff direkt in elektrische Energie umwandelt. Damit entfällt der übliche Energiewandlungsprozess von Kraftstoff in mechanische Energie (Verbrennungskraftmaschine) und anschließend über den Generator in elektrische Energie. Der Wirkungsgrad der Energiewandlung mittels Brennstoffzelle ist deshalb grundsätzlich höher. 

Daimler bringt mit dem Mercedes-Benz GLC F-Cell das erste Modell einer neuen Generation an Brennstoffzellenfahrzeugen auf den Markt. Das Aggregat ist dank neuer Komponenten und Konfiguration effizienter und kompakter als der Vorgänger.

Bipolarplatten sind ein Kernelement von Brennstoffzellenstacks. Sie könnten ein Hebel für den Durchbruch der Brennstoffzelle sein. Warum das so ist, haben wir kompakt erklärt. (Update)

Im Kontext hochgesteckter Klimaziele und restriktiver Emissionsgesetzgebung gewinnen Brennstoffzellenfahrzeuge an Bedeutung. Diese nutzen primär Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen. Wesentliche Vorzüge sind kurze Tankzeiten sowie relativ hohe Reichweiten. Je nach Anforderung sind in derartigen Fahrzeugen unterschiedliche Brennstoffzellensysteme verbaut. Dieser Beitrag beschreibt die gängige Brennstoffzellentechnik sowie die wesentlichen Komponenten und das Wirkverhalten eines Referenz-Brennstoffzellensystems für elektrische Antriebe. 

Das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle wurde 1838 von Christian Friedrich Schönbein entdeckt. Im darauf folgenden Jahr konnte der Physiker und Jurist Sir William Robert Grove auf dieser Basis die erste Brennstoffzelle entwickeln.

Die Brennstoffzelle gilt als Hoffnung für die Langstrecke in der Elektromobilität. Nicht nur das Fehlen einer Infrastruktur, auch die Fortschritte bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren und die Konzentration der F&E auf rein batterieelektrische Antriebe verzögern den flächendeckenden Einsatz. Vermutlich kommt dieser alternative Antrieb zu spät.

Brennstoffzellen (BZ) werden seit vielen Jahren als vielversprechende Technologie in Hinblick auf ein effizientes und emissionsfreies Transport‐ und Energiesystem diskutiert. In den vergangenen zehn Jahren gab es enorme Entwicklungsfortschritte und alle wesentlichen technologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen wurden gelöst. 

Der immer breitere Einsatzbereich der Brennstoffzelle, speziell bei Schwerlastanwendungen mit hohen Anforderungen hinsichtlich Leistung, Nutzlast und Reichweite, führt zu einer massiv beschleunigten Entwicklung mit neuen systematischen Prozessen, Methoden und Werkzeugen.

Eine Skalierung auf Stack- und Systemebene bietet vielversprechende Lösungsansätze, um Brennstoffzellen für verschiedene Leistungsklassen im Nutzfahrzeugbereich kostenoptimal anbieten zu können. Für einen mittelschweren Verteiler-Lkw haben ElringKlinger und FEV ein auf einer modularen Stackplattform basierendes Brennstoffzellensystem entwickelt, aufgebaut und auf einem Klimaprüfstand erfolgreich kalibriert und getestet.

Elektrifizierte Fahrzeuge können das Angebot an erneuerbaren Energien mit der Stromnachfrage synchronisieren. Das ist durch zeitversetzte Produktion, Lastverschiebung oder das Einbinden der Fahrzeugakkus in das Stromnetz möglich. Das Reiner-Lemoine-Institut zeigt in seiner Studie, welche Potenziale sich durch mehr Flexibilität bei der Versorgung elektrischer Pkw und Lkw ergeben.

Der effiziente und zuverlässige Betrieb einer Brennstoffzelle stellt hohe Anforderungen an das Luft- und Thermomanagement sowie an die Überwachung der Stack-Funktion. Neben der reinen Partikelfiltration muss die Prozessluft der Brennstoffzelle von Schadgasen befreit und gezielt befeuchtet und temperiert werden um einen zuverlässigen Betrieb über Lebensdauer zu gewährleisten.