Die PEM-Brennstoffzelle eröffnet neue Perspektiven für den Güterverkehr

Kühltransporter rücken vermehrt in den Fokus der Wissenschaft

Studien zufolge müssen 40 % aller Lebensmittel im Zuge des Transportes gekühlt werden, wodurch die Relevanz elektrifizierter Kühltransporter deutlich wird [8]. Mit Blick auf die Entwicklung der Anzahl der wissenschaftlichen Veröffentlichungen zum Thema der Kühltransporter, wird die Bedeutung dieser im Umfeld der Wissenschaft ersichtlich [9]. In den letzten Jahren wird in den Veröffentlichungen vermehrt der Fokus auf die Elektrifizierung und die Validierung unterschiedlicher Antriebsstrangkonzepte gelegt, die an Prototypen auch praktisch validiert werden. Es ist davon auszugehen, dass sich diese Entwicklung auch in den kommenden Jahren nicht ändern wird, denn die technischen und ökonomischen Herausforderungen der Elektrifizierung sind weiterhin gegeben.

Antriebsstränge mit energieintensiven Nebenverbrauchern müssen ein größtmögliches Einsatzspektrum abdecken

Anders als beim dieselbetriebenen Verteilerverkehr existiert für die elektrifizierten Antriebsstränge keine uniforme Lösung, da die Ausprägung der technischen und ökonomischen Eigenschaften je nach Anwendungsfall variiert. Die Auslegung der Antriebsstränge für mobile Anwendungen erfolgt basierend auf den individuellen Lastprofilen.  Für den Gütertransport bedeuten insbesondere elektrifizierte Fahrzeuge mit energieintensiven Nebenverbrauchern entwicklungsseitige Herausforderungen. Denn hier müssen neben dem eigentlichen Fahrprofil der Anwendung auch der elektrische Verbrauch der Nebenaggregate analysiert und mit dem Antriebsverbrauch gekoppelt werden. So können Lastspitzen entstehen, die bei der Auslegung des Antriebsstrang berücksichtigt werden müssen. Ein solche Lastspitze entsteht beispielsweise, wenn die Kühlmaschine nach einem Lieferstopp im Sommer den Kühlraum wieder auf Betriebstemperatur abkühlt, während das Fahrzeug eine Steigung hinauffährt.  [10, 11]

Für reinbatterieelektrische Antriebsstränge folgt daraus eine Maximierung der Batteriekapazität, die nach heutigem Stand der Technik auch zu einer signifikanten Erhöhung des Fahrzeuggesamtgewichts führt. Dadurch sinkt die realisierbare Nutzlast und gleichzeitig steigen die Treibstoffkosten, was für die Rentabilität von Logistikunternehmen kritische Erfolgsfaktoren sind. [10]

Durch die Integration einer Brennstoffzelle in den elektrischen Antriebsstrang, kann diese Herausforderung adressiert werden. Das optimale Wirkungsgradfenster für die Brennstoffzelle wird realisiert, wenn diese konstant unter Teillast betrieben wird. So kann eine elektrische Grundlast bereitgestellt werden, durch die die Leistung der Nebenverbraucher, aber auch Teile der Fahrzeugantriebsleistung abgedeckt werden können. Die zusätzlich erforderliche Leistung bei dynamischen Lastspitzen wird durch das Hochvoltbatteriesystem zur Verfügung gestellt. [11]

Die Nachrüstung von elektrifizierten Antriebssträngen gewinnt an Bedeutung

Da die Transformation des Verkehrs nicht nur mit Neufahrzeugen zu bewältigen ist, gewinnt die Umrüstung von Bestandsfahrzeugen vermehrt an Bedeutung [12]. Um wirtschaftliche und technische Aufwände gering zu halten, bieten sich modulare „Umrüstkits“ an, die mit minimalem Aufwand auf den individuellen Anwendungsfall und das damit einhergehende individuelle Lastprofil angepasst werden können. Hier sind herstellerübergreifende Konzepte von Vorteil.

Industrie und Forschung erarbeiten Lösungen

Die Entwicklung elektrifizierter, modularer Lösungen ist somit notwendig und steht im Fokus von Industrie und Forschung. So schloss das Unternehmen Electra Commercial Vehicles im Januar 2023 eine dreimonatige Testphase ab, in der die Supermarktkette Sainsbury‘s mit einem brennstoffzellenbetriebenen 19-Tonnen-LKW ausgestattet wurde. Der Prototyp fuhr täglich knapp 335 km und sparte so circa 314 kg CO2 pro Tag ein. Mit einer Reichweite von 515 km konnte diese Fahrt ohne zwischenzeitliches Auftanken durchgeführt werden. Ausgestattet wurde das Fahrzeug mit einer 44 kW Brennstoffzelle der Firma Proton Motor, 225 kWh Batteriepacks sowie vier Drucktanks, in denen 20 kg Wasserstoff bei 350 bar gespeichert werden. [13]