Busse und Nutzfahrzeuge auf Wasserstoff umrüsten: Fahrzeugstruktur wird zum Hochdrucktank

Auch wenn Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland noch selten sind: Die Technologie ist nicht nur einsatzbereit, sondern auch verfügbar. Die EDAG Group hat gemeinsam mit NPROXX ein Hochdruck-Wasserstoffspeichersystem entwickelt und produziert das auch selbst am Standort Bremen. Zum Einsatz kommt es beispielsweise in Bussen für den städtischen ÖPNV und in Nutzfahrzeugen.

Große, schwere Fahrzeuge, wie Busse, Lkw oder Baumaschinen, haben oft ein Last- und Anforderungsprofil, das sich nur schwer mit den Eigenschaften eines batterie-elektrischen Antriebs (BEV) in Einklang bringen lässt. Die angestrebte Umstellung der fossilen Antriebstechnik auf klimaneutrale Alternativen lässt sich meist besser mit Wasserstoff bewältigen. Sowohl die Elektrifizierung mittels Brennstoffzelle (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) als auch das Umrüsten des Motors auf einen Wasserstoff-Verbrenner (Hydrogen Internal Combustion Engine, H₂-ICE) sind gangbare Alternativen.

Integration von Funktionen als Erfolgsfaktor

Für viele Hersteller ist die Frage relevant, wie ein solches System untergebracht werden kann, ohne dass das Fahrzeug neu entwickelt oder aufwändig umgestaltet werden muss. Die Ingenieure von EDAG haben dafür eine intelligente Antwort gefunden, indem verschiedene Funktionen ineinander integriert sind, um den Bauraum möglichst effizient zu nutzen. Ein wesentliches Element ist das Konzept „Tank-Systems2Structure“, sprich: der Rahmen, der die Wasserstoff-Tanks und wesentliche Systemkomponenten enthält, wird Teil der Tragstruktur des Fahrzeugs, ersetzt also einen Teil der bisherigen Konstruktion und trägt damit zur Steifigkeit der Karosserie bei.

Ein anderes Beispiel: Die Abluft-Anlage der Brennstoff-Zelle läuft durch den Rahmen des Tanksystems. Diese Innovationen sparen sowohl Platz als auch Gewicht und sie vereinfachen die Integration des Systems, das modular aufgebaut ist. Die EDAG-Entwickler sind sich sicher: Sie haben das Maximum aus dem verfügbaren Bauraum herausgeholt.

Inzwischen sind die ersten Systeme an den Pilotkunden ausgeliefert und bereits im Einsatz. Das Unternehmen betreibt Doppeldeckerbusse im Stadt- und Regionalverkehr, nun mit Brennstoffzelle und Wasserstofftanks statt der früheren Diesel-Antriebstechnik. Die von EDAG und NPROXX entwickelte Technik zeigt hier in der Praxis, dass die Lösung funktioniert – Wasserstoff-Antriebe sind also keine Science-Fiction mehr, sondern eine verfügbare, funktionierende Technik für den Alltag in der Gegenwart.

Expertise in Wasserstofftechnologie

Diese Tatsache schlug sich auch in der Organisation von EDAG nieder. Sämtliche Kompetenzen für bisherige und neue Antriebstechnologien wurden im neu geschaffenen Bereich „Energiesysteme und Antriebsstrang“ gebündelt. In dem wurde unter anderem das H₂-Tanksystem für die Doppeldeckerbusse entwickelt, genauso wie eine Variante für H₂-Verbrenner in schweren Lkw und Baumaschinen. Auch für andere Fahrzeugtypen oder abweichende kundenindividuelle Entwicklungen ist die Abteilung gut gerüstet.

Dazu bedarf es eines bereichsübergreifenden Zusammenspiels unterschiedlichster Kompetenzen: Elektrik und Elektronik sind ebenso gefragt wie Software und Digitalisierung, die Gesamtfahrzeugentwicklung und die Organisation eigener Produktionslösungen. Denn das Projekt umfasst sowohl die Systementwicklung wie die Systemintegration, sowohl auf Hardware-Seite, also dem Tanksystem mit seinen mechanischen Komponenten, als auch auf Softwareseite, vom Steuergerät und dessen Programmierung zur Datenverarbeitung, bis hin zu End-of-line-Prüfungen mit speziellen Diagnoseverfahren und Stresstests. Darüber hinaus arbeitet die EDAG Group an initialen Befüllmethoden, wie zum Beispiel einer automatisierten Druckwechselspülung oder der Inertisierung mit Vakuum zum Schutz vor einer unkontrollierten Entzündung oder Explosion.

Wasserstoff: Sicherheit & Innovation

Eine enorme Herausforderung stellt die sichere Speicherung des leicht entzündlichen Gases dar. Moderne Speichersysteme arbeiten mit hohem Druck, um genügend Treibstoff für längere Einsätze an Bord zu nehmen. Die von NPROXX entwickelten und hergestellten Tanks sind bis zu einem maximalen Druck von 700 bar verfügbar. Im aktuellen Projekt liegt der gewöhnliche Betriebsdruck bei 350 bar. Damit lassen sich rund 40 kg Wasserstoff in den vier übereinander montierten Tanks unterbringen. Diese sind gemäß EC79 zertifiziert und entsprechen damit den regulatorischen Vorgaben.

Zugleich sind die H₂-Moleküle extrem klein, so dass außerordentliche Anstrengungen nötig sind, um die Dichtheit des Speichersystems zu gewährleisten – in allen Schritten der Produktion, für jedes einzelne System. Das stellt besondere Herausforderungen an die Qualität der Produktion. Der Standort Bremen, wo pro Jahr bis zu 1.000 solcher Hochdruck-Wasserstoffspeichersysteme hergestellt werden, hat sich auf diese hohen Anforderungen eingestellt und dokumentiert dies auch mit einer ISO-9001-Zertifizierung für den Bereich der Serienproduktion.

Präsentation auf der Wasserstoff-Messe

Erstmals öffentlich präsentiert wird das Hochdruck-Wasserstoffspeichersystem auf der Hydrogen Technology Conference & Expo Europe in Bremen, vom 19. bis 22. Oktober 2022. Hier zeigt EDAG auf Stand 4200 seine Lösung. Auf der Wasserstoffmesse können Interessierte die Details des Systems in Augenschein nehmen und mit den EDAG-Ingenieuren über die innovativen Lösungsansätze diskutieren.

Ansonsten steht auch Marius Koch, Standortleiter Bremen des Bereichs Models & Vehicle Solutions von EDAG Engineering für Fragen zum Wasserstoff-Speichersystem und den Entwicklungsservices von EDAG zur Verfügung. Weitere Informationen finden Sie auch in unserem Whitepaper „Wie aus einem Diesel-Truck von Mercedes ein CO₂-neutraler Lkw wird“, das den Einsatz des Hochdruck-Wasserstoffspeichersystems in einem H2ICE-Lkw beschreibt. Laden Sie es gleich hier herunter!