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Alltagstaugliche Elektromobilität – klimaneutral und emissionsfrei

Mit einem neuen Prüfstand und konkreten Entwicklungsprojekten treibt IAV die Brennstoffzellentechnik und die Wasserstoffmobilität voran

Brennstoffzellenantriebe mit Wasserstoff als Energieträger bieten das Potenzial einer emissionsfreien und CO2- neutralen Mobilität. Das stellt sie auf eine Stufe mit batterieelektrischen Antriebskonzepten, allerdings mit dem Vorteil einer größeren Reichweite und schneller Betankung. Damit schaffen Brennstoffzellenfahrzeuge eine alltagstaugliche Alternative für die individuelle Mobilität speziell auf langen Strecken. Auch für Nutzfahrzeuge, bei denen der Batteriepack zu groß und schwer wäre und bei denen eine hohe Fahrzeugverfügbarkeit notwendig ist, bietet sich die Brennstoffzelle an.

Im Antriebsmix der Zukunft könnten Brennstoffzellenfahrzeuge damit zur Lösung eines aktuellen Problems beitragen, das Deutschland mit vielen anderen Ländern weltweit teilt: Auf der einen Seite soll die Freisetzung von Treibhausgasen wie CO2 nach dem Pariser Klimaabkommen bis 2050 auf quasi null reduziert werden, auf der anderen Seite nimmt vielerorts der CO2-Ausstoß weiter zu, insbesondere im Verkehrssektor. „Die notwendige Wasserstoffinfrastruktur für den Verkehrssektor ist aktuell in vielen Regionen weltweit im Aufbau. Allein in Deutschland sind 400 Wasserstofftankstellen bis zum Jahr 2023 geplant, Japan peilt sogar 900 Tankstellen für 2030 an“, erklärt Ralf Wascheck, Abteilungsleiter Brennstoffzellensysteme und Wasserstoffmobilität bei IAV.

Die CO2-Neutralität des Brennstoffzellenantriebs ist jedoch nur gewährleistet, wenn der Wasserstoff aus regenerativen Quellen wie Wind- oder Sonnenenergie gewonnen wird. Dabei ist mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien auch eine Anpassung des regenerativ erzeugten Stroms an den Bedarf der Kunden notwendig, sodass die notwendige Leistung bereitgestellt werden kann. Die einfache Umwandlung der elektrischen Energie zu Wasserstoff (Power-to-Gas) mittels Elektrolyse macht den überschüssigen Strom speicherbar und ermöglicht außerdem eine dezentrale oder zentrale Versorgung mit Wasserstoff, unter anderem in den Bereichen Verkehr und Industrie.

IAV arbeitet schon seit vielen Jahren im Bereich der Brennstoffzellenfahrzeugentwicklung. „Dabei haben wir sehr schnell gemerkt, dass wir uns nicht nur um die Fahrzeugsysteme, sondern auch um die Wasserstoffinfrastruktur kümmern müssen“, so Wascheck. Die im Laufe der Jahre gesammelten Erfahrungen stellt IAV den Kunden beispielsweise im Consultingbereich durch Kosten-Nutzen-Bewertungen verschiedener Infrastrukturmaßnahmen zur Verfügung.

Umfassendes Entwicklungsspektrum

Entwicklungsseitig bietet IAV Dienstleistungen von der Auslegung, der Simulation und der Erprobung des Brennstoffzellenstapels, über das Brennstoffzellensystem bis hin zum Komplettfahrzeug inklusive Betriebsartenstrategie, Kühlsystem, Tanksystem, Bordnetz und Sicherheitskonzept. Dabei profitieren die Kunden auch von Synergien, die sich durch die enge Vernetzung mit anderen Bereichen der Powertrain- Entwicklung bei IAV ergeben. Das gilt zum Beispiel für die Entwicklung der Luftversorgung, der Leistungselektroniken und des Thermomanagements.

Smarte Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung

Der von IAV zur Wasserstofferzeugung projektierte alkalische Elektrolyseur ist für den Einsatz in Netzen optimiert, die durch eine fluktuierende Stromproduktion gekennzeichnet sind – etwa aus Windkraft oder Fotovoltaikanlagen. Aufgrund seiner hohen Dynamik kann er auch kurzfristige Erzeugungsspitzen abfedern und den überschüssigen Strom in Wasserstoff umwandeln. Durch seine modulare Bauweise lässt sich die Leistung des Elektrolyseurs in weiten Grenzen an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Wascheck: „Die Verwendung von Komponenten und Herstellungsverfahren aus dem Automotive-Bereich führt dabei zu erheblich sinkenden Kosten.“

Hochmoderner Prüfstand

IAV hat am Entwicklungszentrum Gifhorn einen neuen Prüfstand in Betrieb genommen, mit dem Brennstoffzellensysteme und Stapel bis 150 Kilowatt bzw. 180 Kilowatt Leistung getestet werden können. „Bei der Konzeption des Prüfstands haben wir hohen Wert auf Flexibilität gelegt, sodass wir vom Forschungsprojekt bis zur Großserienapplikation für Pkw und Nutzfahrzeuge alle Untersuchungen für Brennstoffzellensysteme und Stapel abdecken“, sagt Wascheck. Neben Tests des dynamischen Systemverhaltens umfasst das Leistungsspektrum Funktionsuntersuchungen und Dauerhaltbarkeitstests über beliebige Zeiträume. Der Prüfstand ist vollständig in die bestehende Entwicklungsprozesskette von IAV integriert. Die Anwendung etablierter Methoden, etwa bei der Prüfstandsautomatisierung, erhöht die Effizienz der Tests und verringert die Prüfzeiten. Die Entwicklungs- und Untersuchungsmöglichkeiten sind nicht auf den Automobilbereich beschränkt. Wascheck: „Wir sind beispielsweise auch in der Lage, Brennstoffzellen für Bahnantriebe oder weitere Anwendungen zu konzipieren und auf dem Prüfstand zu testen.“

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