7. Der Brennstoffzellenbus

1. Überblick des Projekts
2. Komponenten des Brennstoffzellenbusses
3. Lagerung und Speicherung des Wasserstoffs
4. Vorteile des Brennstoffzellenantriebs
5. Einsatz des Brennstoffzellenbusses
6. Ausblick

1. Überblick des Projekts

Das Ziel des Projekts Brennstoffzellenbus ist es, einen absolut emissionsfreien und leisen Niederflurbus zu entwickeln. Durch neuheitliche Brennstoffzellen-Technologien, die Wasserstoff als Kraftstoff nutzen, sind diese Umweltvorteile gegeben. Außerdem bieten diese innovativen Technologien das Potential Verbrennungsmotoren zu ersetzen, sowohl wirtschaftlich als auch technisch. Dies ist allerdings auch nötig, denn bis zum jetzigen Zeitpunkt beruht der Antrieb von Straßenfahrzeugen hauptsächlich auf fossilen Energieträgern. Dadurch kommt es vor allem in Gebieten mit hoher Verkehrsdichte zu größerer Immissionsbelastung aufgrund der Emission von Fahrzeugen. Überhaupt ist der Straßenverkehr einer der Hauptgründe der städtischen Luftverschmutzung. Deswegen sind Städte- und Verkehrsplaner ständig auf der Suche nach neuen Wegen das Verhalten der Straßennutzer zu verändern mit dem Ziel die Luftverschmutzung der Städte zu reduzieren. Auch die wachsenden Mobilitätsansprüche der immer größer werdenden Weltbevölkerung machen einen Umstieg auf emissionsfreien Wasserstoffantrieb notwendig. Weltweit muss die Kohlenstoffdioxidemission aus Klimaschutzgründen verringert werden, aber gleichzeitig will man weiterhin dem steigenden Bedarf an Mobilität gerecht werden. Da mit steigendem Treibstoffverbrauch das Ende der fossilen Energieträger schneller erreicht ist, ist man letztendlich gezwungen, in naher Zukunft auf nichtfossile Energieträger wie Wasserstoff umzusteigen. Als Kraftstoff ist Wasserstoff ideal dazu geeignet die Umweltbilanz im Verkehrsbereich zu verbessern. Sein Einsatz in Fahrzeugen zeichnet sich durch eine optimale Emissionsbilanz aus. 2. Komponenten des Brennstoffzellenbusses
Grundlage des Brennstoffzellenbusses ist ein serienmäßiger Niederflurbus von MAN des Typs NL 223 oder NL 263, der im innerstädtischen Linienverkehr zum Einsatz kommt. Statt des üblichen Dieselmotors wird der Bus durch ein Brennstoffzellensystem verbunden mit einem komplett neuen Antriebssystem angetrieben. Besagtes Konzept des Brennstoffzellenbusses setzt sich zusammen aus folgenden Bestandteilen: Das Speichersystem für den unter Druck stehenden Wasserstoff befindet sich auf dem Dach des Busses. Die Brennstoffzellen sind im Heck integriert. Da sie Gleichstrom produzieren, muss dieser noch durch einen Umrichter in

Wechselstrom umgewandelt werden. Dies geschieht in der Leistungselektronik, die ebenfalls auf dem Dach des Fahrzeugs installiert ist. Der Umrichter dient auch zur Regelung der Motorenleistung. Im Heck des Busses finden des Weiteren noch zwei elektrische Antriebsmotoren Platz, die für den Vortrieb sorgen. Weitere Komponenten von E-Antrieb und Brennstoffzellenanlage sind ebenfalls im hinteren Teil des Fahrzeugs untergebracht. Die von Siemens produzierte PEM - Brennstoffzelle stellt den Hauptbestandteil des neuartigen Antriebskonzepts dar. Sie erzeugt insgesamt 120 kW elektrische Energie, die für die Elektrotraktion zur Verfügung stehen. Der Busantrieb erfolgt über zwei Asynchronmotoren. Beide sind durch ein Summiergetriebe mechanisch miteinander verbunden und treiben die Hinterachse ohne ein Schaltgetriebe an. 3. Lagerung und Speicherung des Wasserstoffs
Der Kraftstoff der Brennstoffzelle ist der Wasserstoff und er wird auf dem Dach des Busses in einem Gasspeichersystem gelagert. Dies geschieht in komprimierter Form. Der Wasserstoff wird dabei bei einem Druck von 250 bar gespeichert. Das ganze Speichersystem besteht aus neun Behältern, die insgesamt 1548 Liter fassen. Es sind damit Wasserstoffvorräte für eine Reichweite von 250-300 Kilometer gelagert. Die Wasserstoffspeicher sind aus nahtlosem Aluminium-Liner gefertigt und mit Kohlenstofffaser-Verbund vollständig ummantelt. Das Speichersystem aufzutanken dauert nur wenige Minuten - ungefähr so lange wie das Auftanken eines benzinbetriebenen Autos. 4. Vorteile eines Brennstoffzellenbusses
PEM - Brennstoffzellen in Fahrzeugen bieten verschiedenste Vorteile gegenüber den herkömmlichen Antriebsarten. So arbeiten Brennstoffzellen zum Beispiel mit hohen Wirkungsgraden ( typische Werte zwischen 50-60%) und es kommt damit zu einer effizienten Energieausnutzung. Sie bieten ebenfalls hohe Leistungs- und Energiedichten. Für den Einsatz von Brennstoffzellen werden auch nur relativ geringe Betriebstemperaturen von 60-80°C benötigt. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Lebensdauer der PEM - Brennstoffzellen und selbst dann, wenn sie ausgedient haben, sind ihre Bestandteile relativ einfach zu recyceln. Außerdem besitzen sie und damit das gesamte Antriebssystem des Busses kurze Startzeiten. Die Anfahrt erfolgt zudem ohne Rucken, da der Bus kein Schaltgetriebe besitzt. Der größte Pluspunkt für den Antrieb durch Brennstoffzellen ist seine nahezu vollständige Emissionsfreiheit, denn bei der Erzeugung von elektrischem Strom aus Wasserstoff und Luftsauerstoff entsteht als “Abgas” einzig und allein völlig unbedenklicher Wasserdampf. Positiv ist des Weiteren der erhöhte Fahrkomfort, der den Benutzern des Busses geboten wird. Der Bus fährt absolut leise und ohne jegliche Vibrationen. Die Brennstoffzellentechnik ist also für den Fahrkomfort und für die Umwelt ein echter Fortschritt. Dies allerdings nur dann, wenn der benötigte Wasserstoff mit Hilfe regenerativer Energien wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft aus Wasser hergestellt wird.

5. Einsatz des Brennstoffzellenbusses

Der Brennstoffzellenbus wird bzw. wurde in verschiedenen Projekten der Öffentlichkeit präsentiert. Eines davon war ein europaweites Projekt, das am 01.10.1998 begonnen wurde und bis zum Frühjahr 2000 dauerte. Dabei wurde der Bus als Erstes neun Monate im städtischen Linienverkehr von Berlin eingesetzt. Er fuhr auf der Strecke vom Berliner Flughafen Tegel zur Zug- und U-Bahn-Station Berlin Zoologischer Garten. Danach kam der Bus für reichlich einen Monat in Kopenhagen zum Einsatz und später noch für zwei Monate in Lissabon. Im Jahr 2000 begann ab Mitte Oktober der sechsmonatige Linienbetrieb des Busses in Erlangen und Nürnberg. In Verbindung mit einem weiteren Projekt fuhr der Bus im letzten Jahr in Hamburg. Der Prototyp “NEBUS” wurde mit Hilfe der Hamburger Hochbahn und Mercedes-Benz vom 7. bis 22. Dezember als Weihnachtsshuttle der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Er wurde von den Nutzern positiv angenommen, weil er durch seinen Fahrkomfort überzeugte. Damit wurde der Grundstein für die Integrierung des Brennstoffzellenbusses in den städtischen Linienverkehr gelegt. Um Brennstoffzellenantriebe voll und ganz in den Straßenverkehr einzubinden, werden diese insbesondere in Amerika, Japan und Europa von Fahrzeugherstellern ständig weiterentwickelt. Ihr Ziel ist es, eine Serienproduktion zu erreichen.

6. Ausblick

Der Antrieb durch Brennstoffzellen-Technologien weist viel Merkmale auf, die ihn als zukunftsträchtige Alternative zu bisher üblichen Fahrzeugantrieben qualifizieren. Bis jetzt sind Brennstoffzellen allerdings noch sehr kostspielig und wegen des benötigten Platzbedarfs bzw. des Gewichts in Fahrzeugen noch begrenzt einsetzbar. Intensive Weiterentwicklung im Bereich der Brennstoffzellentechnik, des Fahrzeugantriebs und der Speichertechnik als auch in der gesamten Infrastruktur sind von Nöten, damit der rechtzeitige Umstieg auf nichtfossile Energieträger vorzubereiten und umzusetzen ist.