Projekt schafft Basis für Brennstoffzellen-Serienfertigung

Emissionsfreie Elektroantriebe mit Brennstoffzelle und Wasserstoff als Kraftstoff ermöglichen hohe Reichweiten und schnelles Betanken. Die Technologie hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht und es konnte erfolgreich eine Hochleistungs­brennstoffzelle demonstriert werden, die in den Motorraum eines Pkw passt. Aufbauend auf einem entsprechenden Funktions­muster soll mit dem Projekt „Autostack-Industrie“ jetzt die Basis für eine breite Markt­einführung geschaffen werden. Zehn Unternehmen der deutschen Automobil- und Zulieferindustrie wollen mit dem Zentrum für Sonnen­energie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW systematisch Brennstoff­zellen zur industriellen Reife bringen sowie Prozesse und Verfahren zur Serienfertigung entwickeln. Das soll die Wettbewerbs­fähigkeit Deutschlands stärken. Im Fokus der Wissen­schaftler des ZSW stehen die Erforschung von Komponenten sowie die Entwicklung von einheitlichen Testproto­kollen und Prüf­verfahren.

Brennstoffzelle im Teststand. ZSW und deutsche Automobil- und Zulieferindustrie schaffen mit „Autostack-Industrie“ die Basis für die Brennstoffzellen-Serienfertigung. (Bild: ZSW)

Die Elektro­mobilität mit Brennstoff­zelle hat viele Vorteile. Die Reich­weite heutiger Fahrzeuge beträgt je nach Hersteller zwischen 500 und 700 Kilometer. Die Betankung mit gasförmigem Wasserstoff dauert weniger als drei Minuten. Im letzten Jahr wurden weltweit die ersten fünftausend Fahrzeuge verkauft. Bis 2025 soll ihre Zahl auf mehr als 300.000 steigen und die Zahl der Wasserstoff-Tankstellen bei deutlich über dreitausend liegen.

„Die emissionsfreien Brennstoffzellen-Antriebe sind ideal für Reise­limousinen, Liefer­fahr­zeuge und Stadtbusse“, sagt Prof. Dr. Werner Tillmetz, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäfts­bereich Elektro­chemische Energie­techno­logien. „Allerdings steckt die dafür notwendige Industria­lisierung der Technologie in einem frühen Stadium. Mit dem Projekt ‚Autostack-Industrie‘ soll nun durch den Aufbau einer schlagkräftigen nationalen Zulieferindustrie die Basis zur Erreichung der Kosten- und Qualitäts­ziele geschaffen werden.“

Die in den vergangenen Jahren entwickelte Brennstoffzellen- Technologie besitzt eine Reihe herausragender Eigenschaften, insbe- sondere eine sehr hohe Leistungsdichte von mehr als vier Kilowatt pro Liter. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung, um den engen volumetrischen und geometrischen Grenzen im Fahrzeug gerecht zu werden – bislang wurden die Brennstoff­zellen­systeme aufgrund ihrer Grö- ße im Unterbodenbereich montiert. Darüber hinaus konnte ein robustes Betriebs­verhalten unter allen maßgeblichen Betriebs­bedingungen einschließlich der Gefrier­start­tauglichkeit nachgewiesen werden. Für die derzeit zum größten Teil auf manuellen Arbeits­schritten basierende Brennstoff­zellen-Fertigung sollen mit dem neuen Forschungs­projekt die technischen und technologischen Voraus­setzungen für die hoch­automati­sierte Volumen­fertigung von bis zu 30.000 Stacks jährlich zur Industria­lisierungs­reife weiter­entwickelt werden.

Das ZSW wird im Rahmen des Projektes hauptsächlich neue Technologien für die Serienfertigung von Brennstoff­zellen erforschen, die zur Reduktion des für Prüfung und Erst­inbetrieb­nahme erforderlichen Zeitaufwands führen. Weitere Themen der Wissenschaftler sind die Optimierung der Strömungs­verhältnisse in der Brennstoffzelle unter Berücksichtigung des Stoff- und Wärme­transports sowie die Entwicklung generischer fahrzeug­relevanter Testprotokolle und neuer Auswerte­methoden für Dauer­testdaten.

Autostack-Industrie soll die Etablierung wichtiger Elemente der Industria­lisierung von Brennstoffzellen für Automobile gemeinsam von den Automobil­herstellern und Zulieferern vorange­trieben werden. Im Fokus stehen hierbei die weitere Leistungs­erhöhung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit sowie die Kosten­senkung der Brennstoff­zelle. Das Brennstoff­zellen-Plattform­konzept sieht dabei die Nutzung des gleichen Designs und der entwickelten Komponenten sowie innovativer Fertigungs­technologien und Anlagen durch mehrere Fahrzeug­hersteller vor.

Das Projekt wird im Rahmen des Nationalen Innovations­programms Wasserstoff- und Brennstoff­zellen­technologie (NIP) durch das Bundes­ministerium für Verkehr und digitale Infra­struktur mit 21,3 Mio. Euro gefördert. Die Programm-Koordination des NIP liegt bei der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoff­zellen­technologie NOW. Partner des Projekts sind BMW, Daimler, DANA, Ford, Freudenberg Performance Materials, Greenerity, NuCellSys, Powercell Deutschland, Umicore, Volkswagen und das ZSW. (Quelle: ZSW)

Link: Entwicklung und Bau von Brennstoffzellen, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Ulm / Stuttgart

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