Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme der nächsten Generation für den Schwerlastverkehr
Silje Grytli Tveten, SINTEF
Das neue Horizon-Europe-Projekt "BeBoP" entwickelt bessere und günstigere Komponenten für Brennstoffzellensysteme. So werden die Systeme für schwere Nutzfahrzeuge und andere Mobilitätsbereiche effizienter und zuverlässiger.
Auf dem Weg in eine nachhaltigere und grünere Zukunft spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle bei der Umgestaltung zahlreicher Mobilitätssektoren. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen haben das Potenzial, den Sektor der Schwerlastmobilität wie Straßen-, See-, Schienen- und Luftverkehr zu revolutionieren und eine echte Alternative zu fossilen Brennstoffen zu sein.
Verbesserungen der Komponenten
Ein Brennstoffzellensystem wandelt chemische Energie aus Wasserstoff in elektrische Energie um. Neben der Brennstoffzelle selbst besteht das System aus verschiedenen Komponenten, die als Balance of Plant (BoP) bezeichnet werden und für seine Leistung, Effizienz und Haltbarkeit entscheidend sind.
Das Horizon Europe Projekt BeBoP zielt darauf ab, diese BoP-Komponenten zu verbessern, indem es wichtige Komponentenentwickler, einen Weltklasse-Antriebsstrangkonstrukteur sowie führende Forschungseinrichtungen zusammenbringt. Während seiner dreieinhalbjährigen Laufzeit wird das Projekt effizientere, kompaktere und zuverlässigere Komponenten entwickeln, die auch den Zustand der Brennstoffzellen überwachen können.
BeBoP konzentriert sich auf die Verbesserung von Luftkompressoren, Befeuchtern und DC/DC-Wandlern, die alle für die Leistung und Haltbarkeit von Brennstoffzellensystemen entscheidend sind:
- Luftkompressor: Stellt sicher, dass die Brennstoffzelle ausreichend Luft (Sauerstoff) mit dem erforderlichen Betriebsdruck erhält, um Strom zu erzeugen, und passt sich umgehend an Veränderungen der Last an.
- Befeuchter: Hält die optimale Luftfeuchtigkeit aufrecht, um eine hohe Leistung zu gewährleisten und die Brennstoffzelle vor dem Austrocknen zu bewahren.
- DC/DC-Wandler: Passt die Ausgangsspannung auf das gewünschte Niveau für die Verwendung mit einem Elektromotor an.
BeBop wird einen effizienteren Luftkompressor und einen neuen leichten und kompakten DC/DC-Wandler liefern, der eine Stromverteilungseinheit (PDU) enthält und mit einer Zellüberwachungsfunktion ausgestattet ist. Außerdem wird ein neuartiger Luftbefeuchter entwickelt. Diese Befeuchtertechnologie der nächsten Generation zielt darauf ab, das Wassermanagement und damit die Gesamtleistung und Lebensdauer des Systems zu verbessern, indem die Membran des Befeuchters verstärkt und die Luftstromverteilung optimiert wird.
Im Rahmen des BeBoP-Projekts werden führende Komponentenentwickler (Garrett, Freudenberg und Silver Atena) innovative Lösungen entwickeln, die in hochmodernen Brennstoffzellensystemen bei FPT zum Einsatz kommen. Das DLR und SINTEF werden ihre Modellierungsexpertise einsetzen, um sowohl bei der Entwicklung des Brennstoffzellensystems als auch bei der Bestimmung des optimalen Betriebs zu helfen.
Modellierung und Systemtests
Die Modelle des BeBoP-Projekts werden die Entwicklung und das Testen der BoP-Komponenten ergänzen, um die Gesamtziele zu erreichen. Im Rahmen des Projekts werden Modelle entwickelt, um den Betrieb von BoP-Komponenten der nächsten Generation zu charakterisieren und zu optimieren, um den Stromverbrauch zu minimieren und den Wasserstoffverbrauch von Brennstoffzellensystemen für schwere Nutzfahrzeuge zu reduzieren. Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, eine Architektur zu entwickeln, die durch die Modellierung des stationären Zustands optimiert wird, um die Systemleistung zu verbessern.
Die entwickelten BoP-Komponenten werden entweder in das von FPT bereitgestellte 200-kW-Brennstoffzellensystem integriert oder in einem kurzen Stack des DLR (Befeuchter) getestet. Durch die Prüfung der Komponenten auf ihre stationäre Effizienz und ihr dynamisches Verhalten stellt das Projekt sicher, dass die Architekturen die für Langstrecken-Schwerlastfahrzeuge erforderlichen Hochleistungszyklen erreichen können.
Indem das Projekt die Skalierung der Komponenten durch europäische Hersteller ermöglicht, bringt es den Brennstoffzellenmarkt einer groß angelegten Einführung auf der Grundlage einer getesteten, zuverlässigen Technologie näher. Im Rahmen des Projekts wird auch das Potenzial für eine Standardisierung des Designs bewertet, um die Industrialisierung zu erleichtern.
Über das BeBoP-Projekt
Das BeBoP-Projekt (Beyond state-of-the-art Efficiency by improving Balance of Plant components) wird von der Clean Hydrogen Partnership und ihren Mitgliedern unterstützt, einschließlich einer Zusatzfinanzierung durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI). Kofinanziert von der Europäischen Union unter der Grant Agreement No. 101192365.Das Projekt hat eine Laufzeit von 42 Monaten und ein Gesamtbudget von 3 983 049 Euro.
SINTEF AS (Norwegen) ist Koordinator des Projekts. Konsortialpartner sind: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) (Deutschland), Garrett Motion (Frankreich), Freudenberg Filtration Technologies GmbH & Co. KG (Deutschland), Freudenberg Technology Innovation SE & Co. KG (Deutschland), Silver Atena GmbH (Deutschland), FPT Industrial S.p.A. (Italien) und FPT Motorenforschung AG (Schweiz).