MAN Truck & Bus

Wasserstoff meets Lkw – MAN baut erste Prototypen

Wenn Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle reagieren, entstehen klares Wasser und starke Energie. Die Antriebskombination aus Elektro-Lkw mit Wasserstoff-Brennstoffzelle kann eine mögliche Lösung für emissionsfreie Transporte im Fernverkehr sein. MAN erforscht sie, um auch in Zukunft umweltfreundliche, innovative Trucks zu bauen. Im Sommer 2021 werden die ersten Prototypen auf die Teststrecke geschickt. Ein Besuch bei den Entwicklern der Technologie in Nürnberg.

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Vorsicht, Hochvolt In der Brennstoffzelle entsteht durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Strom, der einen Elektromotor antreibt. In Brennstoffzellen-Lkw werden Hochvoltleitungen in Signalorangefarbe verbaut. Die MAN-Experten Michael Bernath (links) und Andreas Bug nehmen am Prüfstand eine Brennstoffzelle in Augenschein.  

Eine Brennstoffzelle ist auf dem Prüfstand aufgebaut. Leitungen führen ihr Wasserstoff und Luft zu. Die Reaktion im Zellkern entfacht starke elektrische Energie, die über leuchtend orangefarbene Hochvoltkabel zum Elektromotor fließt. Genau so werden bald die ersten Wasserstoff-Trucks von MAN angetrieben. Aber hier im Gebäude Engineering Powertrain in Nürnberg passiert dabei noch eine Menge mehr. Sensoren greifen wichtige Daten am Brennstoffzellensystem ab: Temperatur, Druck, Stromspannung, Wirkungsgrad. Die Entwickler messen, welche Brennstoffzelle letztlich am besten geeignet ist, um schwere Lkw über große Distanzen in Bewegung zu halten: umweltfreundlich, effizient und alltagstauglich. Das einzige „Abfallprodukt“, das beim Betrieb der Brennstoffzelle entsteht, ist klares Wasser. Wasserstoff plus Sauerstoff. Sauberer geht es nicht.   

„MAN sieht Wasserstoff als interessante Ergänzung“, sagt Dr. Michael Bernath. „In den letzten Jahren hat sich in dieser Technologie unglaublich viel getan. Viele große Zulieferer bieten jetzt Komponenten oder Gesamtsysteme für Wasserstoff-Brennstoffzellen an. Wir testen sie, um für eine mögliche Realisierung von Wasserstoff-Lastwagen gut vorbereitet zu sein.“ Bernath leitet ein Team, das intensiv an dem alternativen Antrieb arbeitet. Schon im Sommer 2021 will MAN zwei Prototypen von Wasserstoff-Lkw auf die Straße bringen, in denen unterschiedliche Brennstoffzellen verbaut sind. Testfahrer von MAN werden diese Trucks über Tausende von Kilometern fahren, um Erkenntnisse für das Feintuning des klimafreundlichen Antriebs zu sammeln. Im nächsten Schritt soll dann bis etwa 2024 eine Demoflotte aufgebaut werden, die von Transportunternehmen im realen Einsatz getestet wird. So sieht es die Zero Emission Roadmap vor.  

Eine Tankladung reicht für 800 Kilometer

„Unsere Kunden fragen uns sehr oft nach Wasserstoff-Lkw. Das Interesse an dieser Technologie ist groß. Sie kann eine sehr gute Ergänzung sein“, erklärt Michael Bernath. „Was Transportunternehmen bislang fehlt, sind emissionsfreie Trucks, die genügend Reichweite für den Einsatz im Fernverkehr mitbringen. Genau dafür stellt die Wasserstoff-Brennstoffzelle eine interessante Lösung dar.“

Gegenüber der batterieelektrischen Mobilität bietet die Wasserstoffmobilität aus heutiger Sicht für schwere Nutzfahrzeuge zwei große Vorteile: Brennstoffzellen-Lkw können mit einer Tankladung Wasserstoff rund 800 Kilometer weit fahren. Die Reichweite von Elektro-Trucks wird sich in den nächsten Jahren durch Fortschritte in der Batterietechnologie zwar auch steigern lassen. Sie wird aber aufgrund des höheren Bauraumbedarfs der Batterien nur schwerlich an die des Wasserstoff-Lkw herankommen. Außerdem ist ein leerer Wasserstofftank in wenigen Minuten wieder aufgetankt. Das Laden der Batterie wiederum nimmt je nach Ladestrom eine Dreiviertelstunde bis mehrere Stunden in Anspruch. Das kann gerade im Fernverkehr-Geschäft herausfordernd sein, solange keine flächendeckende Ladeinfrastruktur aufgebaut ist. Allerdings verbindet die zwei nachhaltigen Technologien eine wichtige Gemeinsamkeit: In beiden Fällen fährt das Fahrzeug mit Strom, der einen Elektromotor antreibt. Um die Energie der Brennstoffzelle zu puffern, ist auch in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug eine Hochvoltbatterie verbaut. Abhängig von den Lade- oder Tankmöglichkeiten wird MAN mit seinen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen den Kunden die passendste Lösung anbieten. MAN sieht die Wasserstoff-Brennstoffzelle als Komplementärtechnologie zum batterieelektrischen Antrieb. „Wir setzen auf beide nachhaltigen Antriebe. Unser Ziel ist es, unseren Kunden für alle Anwendungen von Trucks, Bussen und Vans passende Zero-Emission-Lösungen zur Verfügung zu stellen“, sagt Abteilungsleiter Michael Bernath.

Saubere Energie für viele Branchen

Gerade die Wasserstoffmobilität steht allerdings noch vor großen Herausforderungen. „Das beste Wasserstofffahrzeug nützt unseren Kunden nichts, solange es keine ausgebaute Infrastruktur gibt, um Wasserstoff zu günstigen Preisen zu tanken“, erläutert Andreas Bug, der für die passende Strategie verantwortlich ist. Zu den Aufgaben seines Teams gehört es insbesondere, dieses komplexe Infrastrukturproblem in den Griff zu bekommen. Zwar gibt es mittlerweile einige Wasserstofftankstellen in Europa, aber leider sind diese, wenn die Technologie den Vorteil der hohen Reichweite ausspielen soll, nur bedingt für das Betanken von Nutzfahrzeugen für den Fernverkehr geeignet. Deswegen führt Bug Gespräche mit vielen Vertretern aus unterschiedlichen Wirtschafts- und Technologiesektoren, um Synergien zwischen ihnen zu erkunden und gemeinsame Projekte aufzustellen. Zum Beispiel spricht er mit internationalen Energiekonzernen, die verstärkt nachhaltige Energieträger wie Wasserstoff produzieren wollen. Oder mit regionalen Stromversorgern, die mit ihren Überschüssen aus Solar- und Windenergie grünen Wasserstoff herstellen und vermarkten wollen. Auch zu Start-ups, die innovative Ideen zum Wasserstoff haben, sucht Bug den Kontakt. Alle Partner, mit denen sich der MAN-Stratege vernetzt, verfolgen das Ziel, Wasserstoff als emissionsfreie und rentable Energiequelle für die gesamte Gesellschaft nutzbar zu machen. Nicht nur für die Mobilität, sondern zum Beispiel auch für die Industrie oder Gebäudetechnik. Je mehr Akteure mit gemeinsamen Anstrengungen die Wasserstoffinfrastruktur flächendeckend ausbauen, desto eher werden davon auch Transport- und Verkehrsunternehmen bei deren Energiewende profitieren. Dafür engagiert sich MAN in Kooperationsprojekten. „Wir werden unseren Kunden nicht nur die Wasserstofffahrzeuge zur Verfügung stellen können, sondern ganzheitliche Lösungen aufzeigen müssen, damit sie diese Technologie für ihre Anwendungen optimal nutzen können“, betont Andreas Bug. Deswegen spricht er auch schon jetzt mit Kunden darüber, wie Wasserstofffahrzeuge am besten in deren Fuhrparklogistik integrierbar sind. Die Ergebnisse spielt er an das Team der Ingenieure um Michael Bernath zurück. Sie fließen zum Beispiel in die Entwicklung von geeigneten Tanksystemen, Batteriekomponenten und Fahrzeugarchitekturen ein.

Große Fortschritte zu erwarten  

Eine andere noch offene Frage ist, wie der Wasserstoff in Zukunft möglichst einfach und kostengünstig zu den Tankstellen gelangt. MAN-Experte Andreas Bug ist zuversichtlich, dass sich diese Herausforderung lösen lässt. „Es gibt in Deutschland ein gut ausgebautes Gasnetz, das auch Wasserstoff in hoher Konzentration weiterleiten kann. Für den Weitertransport muss er allerdings hochkomprimiert oder tiefgekühlt werden, um eine hohe Energiedichte zu erreichen. Weil dies den Transport teurer macht, müssen die Tankstellen möglichst nah an den Pipelines liegen. Oder wir finden ganz neue kosteneffiziente Lösungen, um Wasserstoff über große Distanzen zu verteilen.“

Wasserstoff: Aufsicht auf ein Glas mit blauem Wasser

Meilensteine


Unterdessen läuft in Nürnberg im MAN-Gebäude Engineering Powertrain die Suche nach der perfekten Brennstoffzelle weiter. Während die Mitarbeiter in der Prüfstandswarte auf ihren Monitoren die Messwerte und Kennungen beobachten, ist am Prüfstand ein Surren zu hören. „Im Gegensatz zum Batterieantrieb arbeitet die Brennstoffzelle nicht komplett geräuschfrei“, kommentiert Michael Bernath. „Aber sie läuft leiser als der Verbrennungsmotor.“ Auch das ist ein Plus für die Umwelt. Um die Wasserstofftechnologie noch tiefer und gleichzeitig schneller zu erforschen, hat MAN gemeinsam mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der Technischen Hochschule Nürnberg (THN) den Wasserstoff-Campus gegründet. Die FAU setzt dabei den Schwerpunkt auf die Grundlagenforschung, während die THN ihre Stärken in der anwendungsnahen Forschung einbringt. MAN setzt das gemeinsame Know-how in die Praxis um. Antriebsexperte Michael Bernath ist überzeugt, dass die Brennstoffzellen-Technologie weitere große Fortschritte gemacht haben wird, wenn MAN spätestens 2024 die Wasserstoff-Demoflotte auf die Straße bringt. „Vor allem wollen wir die Lebensdauer der Brennstoffzellen auf mindestens 30.000 Betriebsstunden steigern, damit ihre Verwendung in Nutzfahrzeugen wirtschaftlich ist“, erzählt er.

MAN testet auch Wasserstoffverbrenner

MAN verlässt sich beim Wasserstoff allerdings nicht nur auf die Brennstoffzelle. In Nürnberg werden auch Wasserstoff-Verbrennungsmotoren getestet. Ein Lkw-Prototyp mit diesem Antrieb wird ebenfalls noch 2021 auf die Teststrecke geschickt. Ein Vorteil des Wasserstoffverbrenners sei, dass solche Fahrzeuge relativ kurzfristig in Serienreife gebracht werden könnten, da sie auf einer etablierten Technologie beruhten, sagt Bernath. Langfristig halte er aber für die meisten Anwendungen von Nutzfahrzeugen die Komplementärtechnologien Wasserstoff-Brennstoffzelle und Elektrobatterie für die zukunftsträchtigeren Lösungen. Nichtsdestotrotz beschäftige sich MAN technologieoffen mit allen denkbaren nachhaltigen Antrieben.

Für Michael Bernath geht mit der Entwicklung der ersten Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw von MAN ein Traum in Erfüllung. Anfang der 2000er-Jahre kam er erstmals mit der Brennstoffzelle thematisch in Berührung – damals als Praktikant bei MAN. Nun im Jahr 2021 ist Bernath der hauptverantwortliche Ingenieur, um die ersten Prototypen auf die Straße zu bringen. Das lässt sich durchaus als ein Höhepunkt in seiner beruflichen Laufbahn bezeichnen. Auch Andreas Bug, der Engineering-Powertrain-Stratege, ist sich bewusst, dass er gerade eine Mobilitätswende von historischem Ausmaß tatkräftig mitgestaltet. Er sagt: „So ähnlich müssen sich die Erfinder am Ende des 19. Jahrhunderts und zu Beginn des 20. Jahrhunderts gefühlt haben. Damals wurden mit fossilen Kraftstoffen die Weichen für die Mobilität der Moderne gestellt. Heute befinden wir uns mit dem Aufbruch in die Elektro- und Wasserstoffmobilität an einer ähnlichen Zeitenwende. Es ist aufregend, dass ich das miterleben darf.“

Text   Felix Enzian
Fotos   Dirk Bruniecki

#AlternativeAntriebe#Nachhaltigkeit#Fernverkehr

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