Innovative und nachhaltige Energieversorgungmit der Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle ist als Antriebssystem für elektrische Flurförderzeuge ein vielversprechendes Zukunftskonzept.
Wasserstoff als Antriebs-Technologie in der Intralogistik
Die Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie aus flüssigem Wasserstoff mittels Luftsauerstoff ohne mechanischen Zwischenschritt direkt in elektrische Energie um. Die zusätzlich anfallende, nutzbare Wärme sorgt für einen sehr hohen Wirkungsgrad. Brennstoffzellen sind zudem leichter als Batterien, zuverlässig, wartungsarm und leise. Wasserstoff lässt sich in kompakter Form langfristig und dezentral speichern, die Fahrzeuge sind innerhalb weniger Minuten betankt. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Emissionsfreiheit – denn das Abfallprodukt der Brennstoffzelle ist reines Wasser.
Die Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, der Anode und der Kathode, sowie einer Elektrolyt-Membran. Diese trennt die beiden Elektroden und auch die Gase, erlaubt aber den Transport bestimmter Ionen. Der Brennstoff wird kontinuierlich der Anode zugeführt, der Luftsauerstoff der Kathode.
Bei der chemischen Reaktion fließen Wasserstoff-Ionen von der Anode zur Kathode, wo sie sich mit Sauerstoff zu Wasser verbinden. Dabei erzeugen sie einen Gleichstrom mit einer Spannung von bis zu 0,7 Volt pro Zelle. Um höhere Spannungen zu erzeugen, werden mehrere Brennstoffzellen in einem sogenannten Stack in Reihe geschaltet. Ein Wechselrichter wandelt den produzierten Gleichstrom in Wechselstrom um. Die Abwärme der Brennstoffzelle wird über einen Kühlkreislauf ausgekoppelt und lässt sich zu Heizzwecken nutzen.
Fronius HyLOG-Fleet: Führend in der Brennstoffzellen-Entwicklung
Fronius beschäftigt sich bereits seit 2001 mit der Entwicklung innovativer Technologien, um Wasserstoff als Energieträger für verschiedene Anwendungen nutzbar zu machen. Dabei haben wir bereits mehrere Förderprojekte mit Großunternehmen und Forschungsinstituten erfolgreich umgesetzt – weitere sind für die Zukunft geplant.
Unter dem Namen Fronius HyLOG-Fleet haben wir ein Brennstoffzellen-System für Flurförderzeuge entwickelt. Dieses haben wir 2011 gemeinsam mit dem Stapler-Lieferanten und Projektpartner Linde Material Handling erstmals vorgestellt. HyLOG-Fleet wird derzeit bei Flurförderzeugen der Klasse 3, also Lagertechnik-Geräten mit Sitz oder Standplattform eingesetzt. Im Vergleich zur Batterie punktet die Brennstoffzelle mit zahlreichen Vorteilen: Die Ladezeit beträgt statt sieben bis zwölf Stunden nur wenige Minuten. Die Einrichtung von Batterieladeräumen und -stationen erübrigt sich. Zudem arbeitet Fronius HyLOG-Fleet emissionsfrei und damit äußerst wirtschaftlich und umweltfreundlich.
Die Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzelle reichen von Flurförderzeugen für die Intralogistik über Bau- und Landmaschinen bis zu Kommunalfahrzeugen. Die zahlreichen Vorteile der Brennstoffzelle – Energieeffizienz, Emissionsfreiheit, einfache Wartung und hohe Verfügbarkeit – haben sich in der Praxis bereits unter Beweis gestellt.
Referenzprojekte
Die zehn Niederhubwagen der Firma Linde sind mit einem Brennstoffzellen-Hybridantrieb von Fronius ausgestattet. Dieser besteht aus einem Wasserstofftank, einer 24-Volt-Brennstoffzelle, die den Wasserstoff in elektrische Energie umwandelt, und einem Lithium-Ionen-Akku, der den erzeugten Strom speichert und als Antriebsbatterie dient. Um die Flotte mit Treibstoff zu versorgen, installierte der Energiekonzern OMV die erste Indoor-Wasserstoff-Tankstelle Europas. Das Projekt erhält staatliche Unterstützung durch den Klima- und Energiefonds der österreichischen Bundesregierung.
Ziel der E-LOG-Biofleet ist es, die Produktivität und Wirtschaftlichkeit bei DB Schenker zu steigern und gleichzeitig die Umweltverträglichkeit und Energieeffizienz zu verbessern. Alle Beteiligten erhoffen sich zudem von dem Projekt wichtige Erkenntnisse, die in die Entwicklung der Brennstoffzelle bis zur Serienreife einfließen werden.
Im Rahmen des Pilotprojekts wurde am OMV Standort im niederösterreichischen Auersthal eine Power-to-Gas-Anlage realisiert und ein Hochdruck-Elektrolyseur entwickelt, der Wasser mithilfe von Windenergie in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Der nachhaltig erzeugte Wasserstoff wird direkt in das Hochdrucknetz der OMV Kompressorstation Auersthal eingespeist. Auf diese Weise lässt sich das Gas flexibel speichern und bis zum Verbraucher transportieren.
Gemeinsam testen die Projektpartner technisch und genehmigungsrechtlich, wie eine optimale Einspeisung des erneuerbaren Wasserstoffs in das Erdgasnetz erfolgen kann und die Abfüllung und Verwendung von Wasserstoff in der Mobilität im Idealfall funktioniert. In Verbindung mit den rechtlichen, wirtschaftlichen und ökologischen Bewertungen des Energieinstituts wollen die Unternehmen so die Grundlagen für einen breiten Rollout dieser innovativen Technologie schaffen.
Den Ressourcenaufwand für wasserstoffbetriebene Flurförderzeuge unter realen Betriebsbedingungen zu erforschen war das Ziel des Projekts H2IntraDrive. Dieses hatte der Lehrstuhl für Fördertechnik, Materialfluss und Logistik der TU München gemeinsam mit der BMW Group und Linde Material Handling ins Leben gerufen. Der Automobilhersteller hatte dafür seinen Produktionsstandort in Leipzig zur Verfügung gestellt. Bei den Tests waren mehrere Gabelstapler und Routenzugschlepper im Einsatz.
Fronius rüstete für H2IntraDrive zwei Routenzüge P30 von Linde mit seiner innovativen Brennstoffzellen-Technologie HyLOG-Fleet aus. Das System besteht aus einem Wasserstofftank, einer 24-Volt-Brennstoffzelle, die den Wasserstoff in elektrische Energie umwandelt, und einem Lithium-Ionen-Akku, der den erzeugten Strom speichert und als Antriebsbatterie dient. BMW errichtete zudem am Standort die erste Indoor-Tankstelle für wasserstoffbetriebene Flurförderzeuge in Deutschland, damit sich die Fahrzeuge direkt in der Werkshalle betanken lassen.
Das Unternehmen erhofft sich von dem Projekt eine langfristige Optimierung seiner Intralogistik. Die Wissenschaftler konnten im Rahmen von H2IntraDrive wertvolle Erkenntnisse über Energiebedarf, Reichweite, Lebensdauer und Handhabung der Flurförderzeuge sammeln, die für die weitere Entwicklung der Brennstoffzellen-Technologie von großem Nutzen sind.
Gemeinsam mit den Projektpartnern LADOG, ElringKlinger, Heinzmann und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE entwickelt Fronius einen elektrischen Antriebsstrang für Arbeits- und Nutzfahrzeuge – kurz ELAAN. Dieser soll unter anderem in der kommunalen Logistik, im Garten- und Straßenbau, in der Abfallentsorgung, bei Räumdiensten und in der Stadtreinigung zum Einsatz kommen. Ein Elektromotor sorgt dabei für einen zuverlässigen, leisen, schadstoffarmen und energieeffizienten Betrieb.
Den hohen Energiebedarf der Fahrzeuge deckt ein emissionsfreier Brennstoffzellen-Range-Extender in Kombination mit einer Batterie, die als Leistungs- und Energiepuffer dient. Ein Wasserstoff-Speicher mit bis zu 350 bar stellt die erforderliche Reichweite des Fahrzeugs sicher und ermöglicht mit einer Betankungszeit von unter drei Minuten eine hohe Verfügbarkeit. Das ELAAN-Projekt soll mit Prototypen wertvolle Erkenntnisse über die Alltagstauglichkeit des innovativen Antriebssystems sammeln.
