Fraunhofer-Institut IWU forscht an bezahlbaren Brennstoffzellen

»Umgebungsabhängige Optimierung«

Fraunhofer forscht an bezahlbaren Brennstoffzellen

Brennstoffzellen gelten batterieelektrischen Antrieben gerade auf Langstrecken als überlegen. Größtes Manko der Technologie ist ihr hoher Preis. Mit praxisorientierter Forschung will das Fraunhofer-Institut an diesem kritischen Punkt ansetzen.

Während Elektrofahrzeuge mit Akkus zumindest derzeit nur für den Nahbereich sinnvoll einzusetzen sind, erreichen Brennstoffzellenfahrzeuge mit einer Tankfüllung Wasserstoff Reichweiten, die heutigen Verbrennern mindestens ebenbürtig sind.

Neben der nicht flächendeckenden Verfügbarkeit des Energieträgers Wasserstoff steht der hohe Preis der Brennstoffzelle einem Einsatz im großen Maßstab noch entgegen.

Preistreiber der Zellen, in denen aus der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser elektrische Energie gewonnen wird, ist der Platinkatalysator. Forschungsgruppen in mehreren Ländern arbeiten deshalb bereits daran, den Edelmetallgehalt in der Zelle zu reduzieren, ohne ihren Wirkungsgrad zu beeinträchtigen.

Der Ansatz des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz geht nun noch einen Schritt weiter. »Wir denken ganzheitlich und betrachten alle Komponenten eines Brennstoffzellen-Antriebs. Das beginnt bei der Bereitstellung des Wasserstoffs, betrifft die Auswahl der Materialien, die unmittelbar an der Stromerzeugung in Brennstoffzellen beteiligt sind, und geht bis hin zur Wärmeregulation in der Zelle selbst sowie im gesamten Fahrzeug«, erläutert Sören Scheffler, der das Projekt leitet.

In einem ersten Schritt haben die Wissenschaftler den Aufbau des Stacks, der die eigentlichen Zellen bündelt, modifiziert. Im weiteren Verlauf des Forschungsvorhabens soll nun die Energiebereitstellung der Zelle an die Fahrsituation angepasst werden, wovon man sich erhebliche Einsparungen beim Wasserstoffverbrauch verspricht. »Unsere Annahme lautet: Um Wasserstoff zu sparen, kann eine dynamische Einstellung auf die Umgebungsvariablen – auch mit Unterstützung von künstlicher Intelligenz – helfen. Es macht einen Unterschied, ob ein Antrieb bei hoher oder niedriger Außentemperatur genutzt wird oder ob er im Flachland oder im Gebirge eingesetzt wird. Bisher arbeiten Stacks in einem vorab festgelegten, starren Betriebsbereich, der diese umgebungsabhängige Optimierung nicht zulässt«, präzisiert Scheffler.

Mit ihrer Arbeit treffen die Wissenschaftler den Nerv der Zeit. Nach der einseitigen Fokussierung auf batterieelektrische Antriebe schwenken immer mehr Fahrzeughersteller auf technologieoffene Antriebslösungen um und fordern entsprechende Rahmenbedingungen von der Politik.

Erste vielversprechende Ergebnisse haben die Fraunhofer-Forscher schon erzielt. Nachdem die Hannover Messe coronabedingt abgesagt bzw. verschoben wurde, muss auch die Präsentation noch warten.

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