Elektromobilität

Spannendes Thema: Was macht eigentlich die Brennstoffzelle?

Elektromobilität: Spannendes Thema: Was macht eigentlich die Brennstoffzelle?
Erstellt am 21. März 2018

Elektromobilität gehört neben der Digitalisierung und Automatisierung zu den wichtigen Zukunftsthemen des Automobilbereich. Doch während die Fachwelt und Energieversorger noch darüber grübeln, wie man eine wachsende Menge an mit Batteriestrom betriebenen E-Cars per Ladestationen überall und schnell mobil halten kann, ohne die Netze zu überlasten, ist die praxistauglichste Lösung für Elektromobilität schon längst erfunden. Stichwort Brennstoffzelle. Sie ist im Fokus der Öffentlichkeit zuletzt ein wenig an den Rand gedrängt worden. Auch wenn das Hauptaugenmerk der Daimler-AG bei großen Fahrzeugvolumina derzeit auf der Batterietechnologie liegt, ist die Brennstoffzellentechnik weiterhin integraler Bestandteil ihrer Antriebsstrategie. Elektromobilität hat viele Facetten, Wasserstoff gehört aber dazu, denn die Idee, den Strom an Ort und Stelle im Fahrzeug zu produzieren, ist unübertroffen gut. Prof. Dr. Christian Mohrdieck leitet seit 2005 den Bereich Antriebsentwicklung Brennstoffzellensystem im Ressort Konzernforschung und Entwicklung Mercedes-Benz Cars bei Daimler. Zudem hat er die Geschäftsführung der NuCellSys GmbH, der 100-prozentigen Tochter der Daimler AG inne. Diese gilt als weltweit führend auf dem Gebiet der Entwicklung von Brennstoffzellen- und Tanksystemen für Fahrzeuganwendungen. Im Intercie äußert sich der Experte zum Vorserienmodell des GLC F-CELL und die Zukunft der Brennstoffzellentechnologie.

Herr Professor Mohrdieck, bald ist es so weit: Noch in diesem Jahr kommen die ersten GLC F-CELL zu ausgewählten Kunden. Anders als etliche Wettbewerber hat Daimler damit langen Atem bewiesen und an der Technologie festgehalten. Warum?

Mohrdieck: Die Brennstoffzellentechnologie ist integraler Bestandteil unserer Antriebsstrategie. Die Vorteile liegen für uns klar auf der Hand: Null Emissionen, hohe Reichweiten und kurze Betankungszeiten sowie ein breites Einsatzspektrum vom Pkw bis zu Bussen, anderen großen Nutzfahrzeugen und nicht zuletzt auch für stationäre Anwendungen.

Was steht dem Durchbruch noch im Weg?

Mohrdieck: Die Marktreife von automobilen Brennstoffzellensystemen hinsichtlich Performance ist heute unbestritten. Sicherlich ist die Tankstellen-Infrastruktur für Kunden noch ein Unsicherheitsfaktor. Aber die Zahl der Tankstellen wächst, und das nicht nur in Deutschland. Mit unserer neuen Fahrzeuggeneration auf Basis des GLC haben wir durch die Integration der Plug-in-Technik eine zusätzliche Reichweitenverlängerung und Lademöglichkeit geschaffen. Ein anderes Thema sind natürlich die Herstellkosten – aber auch da haben wir jetzt wieder einen wichtigen Schritt gemacht und wir sehen die nächsten Verbesserungspotenziale klar vor uns.

Für wen sind Brennstoffzellenautos geeignet, welche Rolle spielen sie im Antriebsportfolio von Mercedes-Benz?

Mohrdieck: Der Brennstoffzellenantrieb ist vor allem für Kunden interessant, die eine hohe tägliche Reichweite benötigen und Zugriff auf Wasserstofftankstellen haben. Für Fahrzeuge im städtischen Umfeld hingegen ist heute ein rein batterieelektrischer Antrieb eine sehr gute Lösung. Der GLC F-CELL ist ein wichtiger Schritt für uns, auch wenn wir heute noch keine großen Fahrzeugvolumina darstellen. Wir sind sehr gespannt auf die Rückmeldungen unserer Kunden.

Der GLC F-CELL ist ja ein weltweit einzigartiger Plug-in-Hybrid. Warum kombinieren Sie Brennstoffzellen- und Batterietechnik auf diese Weise?

Mohrdieck: Wir wollten die Vorteile der Hybridisierung nutzen und uns nicht zwischen A oder B entscheiden müssen. Die Batterie bietet drei Vorteile: Wir können kinetische Energie rekuperieren, beim Beschleunigen steht zusätzlicher Schub zur Verfügung und die bereits angesprochene Verlängerung der Reichweite. Die Plug-in-Lösung hilft dem Kunden in der initialen Phase der Infrastruktur mit einem noch „dünnen“ Tankstellennetz: ca. 50 km können zuhause geladen werden. Damit kommt man in Deutschland in den meisten Fällen zur nächsten Wasserstofftankstelle.

Ist ein Plug-in-Brennstoffzellenfahrzeug also die Lösung für die Zukunft der Mobilität?

Mohrdieck: Sie könnte jedenfalls eine sein. Batterie und Brennstoffzelle bilden eine Symbiose. Die beiden Technologien ergänzen sich sehr gut: Die Power und Schnelligkeit der Batterie unterstützen die reichweitenstarke und schnell betankbare Brennstoffzelle, die ihren idealen Betriebszustand eher in leistungskonstanten Fahrzuständen hat. Vorstellbar wäre in Zukunft eine Kombination skalierbarer Batterie- bzw. Brennstoffzellenmodule – je nach Mobilitätsszenario und Fahrzeugtyp.

Auf dem Genfer Automobilsalon hat Mercedes-Benz gerade Vorserienmodelle neuer Plug-in-Dieselhybride vorgestellt. Da gibt es viele technische Berührungspunkte, oder?

Mohrdieck: Beim Plug-in-Brennstoffzellenantrieb profitieren wir heute schon von unserem modularen Hybridkonzept und dabei insbesondere von der kompakten Bauweise unseres Brennstoffzellensystems: Der Antrieb ließe sich grundsätzlich auf eine Vielzahl von Baureihen und Karosserievarianten übertragen, denn auch alle sonstigen Bauteile – Leistungselektronik, Elektromotor und Co. – gehören zu unserem Modulbaukasten und lassen sich weitestgehend flexibel kombinieren.

Die GLC F-CELL Vorserienfahrzeuge werden in Deutschland produziert. Wie sieht das im Detail aus?

Mohrdieck: Auch beim GLC F-CELL greifen wir auf unser weltweites Kompetenznetzwerk zurück. Das Fahrzeug selbst wird in Bremen in Kooperation mit unserem Partner EDAG gefertigt. Die Brennstoffzellensystemmontage erfolgt am Standort Kirchheim-Nabern, der zum Mercedes-Benz Werk Untertürkheim gehört. Hier entsteht die komplette Antriebseinheit nach der traditionell bei Mercedes-AMG angewandten Methode „Ein Mann, ein Motor“. Die komplexe Brennstoffzellensystemproduktion ist mit einem intelligenten Steuerungssystem ausgerüstet. So werden unsere Monteure zum Beispiel bei jedem Arbeits- und Prüfschritt digital angeleitet, die Werkzeug- und Anlagensteuerung wird mit den Einstellgrößen versorgt und jeder Schritt wird dann sofort online elektronisch dokumentiert. Das Wasserstoff-Tanksystem wird im Mercedes-Benz Werk Mannheim montiert.

Aktuell wird der Wasserstoff für den Brennstoffzellenantrieb noch überwiegend aus fossilen Energiequellen wie Erdgas gewonnen. Wirklich „grün“ ist das noch nicht, oder?

Mohrdieck: Ja, das ist auch nur ein erster Schritt, der zeigt, dass lokal emissionsfreies Fahren mit der Brennstoffzellentechnologie eine echte Alternative sein könnte. Schon mit Wasserstoff aus Erdgas können die CO2-Emissionen in der Gesamtkette um gut 25 Prozent gesenkt werden. Wichtig ist, dass er sich „grün“ herstellen lässt. Dafür gibt es heute schon jede Menge Ansätze. Wasserstoff ist der ideale Energieträger, um Strom aus Wind- und Sonnenkraft zu speichern, die beide nicht kontinuierlich erzeugt werden. Mit einem stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien wird Wasserstoff sicherlich eine zunehmend wichtige Rolle für das Gesamtenergiesystem spielen. und damit auch für den Mobilitätsbereich zunehmend attraktiver.

Hier kommt auch Ihr Engagement für stationäre Brennstoffzellensysteme ins Spiel?

Mohrdieck: Ganz genau. Das Potenzial von Wasserstoff jenseits des Automobils – Stichwort Energie-, Industrie- und Heimlösungen – ist vielfältig und erfordert die Entwicklung neuer Strategien. Skaleneffekte und Modularisierung sind dabei wichtige Themen. Wir arbeiten aktuell gemeinsam mit unserem Innovations Lab1886 und Computing-Experten an der Entwicklung von Prototypensystemen für die (Not-) Stromversorgung von Rechenzentren und anderen stationären Anwendungen. Hierfür verwenden wir die Brennstoffzellensysteme der GLC F-CELL Vorserienfahrzeuge.

Wohin geht die Reise bei der Brennstoffzelle? Wann ist mit einem Durchbruch zu rechnen?

Mohrdieck: Wir sind erst am Anfang. Ich denke Mitte der nächsten Dekade – aber sicherlich nach 2025 – wird die Relevanz der Brennstoffzelle generell und für den Transportsektor signifikant steigen. Ich meine damit keine plötzliche Explosion; es wird wahrscheinlich immer noch ein einstelliger Prozentsatz des globalen Marktes sein. Aber auch moderate Volumina werden helfen, Standards zu schaffen, die insbesondere für die Kostenreduktion essenziell sind. Man darf nicht vergessen: Damit eine Technologie den Durchbruch schafft, muss sie für beide Seiten – den Kunden und den Hersteller – attraktiv sein.

Was ist noch zu tun? Was sind die nächsten Schritte?

Mohrdieck: Wir brauchen industrielle Standards, um in ganz große Fahrzeugvolumina gehen zu können. Weitere Entwicklungsarbeit ist insbesondere bei der Senkung der Materialkosten nötig: Weitere Größen- und Komponentenreduktion, aber auch die Senkung des Anteils teurer Materialien sind dabei wichtige Themen. Wenn wir unser heutiges System mit dem der B-Klasse F-CELL vergleichen, haben wir schon eine Menge erreicht – allein durch die 90-prozentige Platinreduktion. Aber es muss noch weiter gehen. Auch Prozessoptimierungen bei der Produktion werden helfen die Kosten zu senken – aber das ist eher eine Sache der Volumenskalierung. Die Zusammenarbeit in herstellerübergreifenden Projekten wie „Autostack Industrie“ und die sich abzeichnenden weltweiten Investitionen in die Technologie werden sicherlich dazu beitragen.

Wird die Brennstoffzelle nun im nächsten Schritt auch in anderen Fahrzeugsegmenten Anwendung finden?

Mohrdieck: Um die Brennstoffzelle in Zukunft auch übergreifend in anderen automobilen Segmenten und großen Volumina einzusetzen, stehen wir jetzt vor der Aufgabe, unser Grundmodul so weiterzuentwickeln, dass es sich noch besser in unseren konzernweiten Elektromodulbaukasten eingliedern lässt. Damit wären wir maximal flexibel. Die Systeme könnten variabel mit verschieden Batteriegrößen kombiniert und damit für jedwedes Anwendungsprofil genutzt werden.

 

2 Kommentare

  • Pano

    Pano

    Wenn man bedenkt seit wievielen Jahrzehnten bei Daimler an der Brennstoffzelle geforscht und entwickelt wird, ist die Serienfertigung überfällig. Allerdings hätte darauf hingewiesen können, daß das verwendete Modul in Zusammenarbeit mit Ford entwickelt wurde. Und daß es nur ein Kleinserie von 1000 Einheiten für gewerbliche Kunden wird, ist auch nicht so ganz nachvollziehbar. Toyota und Hyundai scheinen da weiter zu sein. Grüße Pano
  • egide aus belgien

    Egide aus belgien

    Auch dass werde nicht die Lösung fur uns menschen mit üblich Lohn!

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