Brennstoffzellenanwendungen rücken immer mehr in den Fokus von Mikromobilitätslösungen. Aktuell nutzt die Deutsche Post DHL Group bereits 12.000 E-Lastenfahrräder. Mit der urbanen Umgestaltung der Verkehrswege ist mit einer deutlichen Steigerung von Mikromobilitätsanwendungen in der Logistik zu rechnen. Durch die zunehmend verstopften Innenstädte, den Mangel an Parkplätzen und die dadurch verursachten Schwierigkeiten für Liefer- und Paketdienste (Lieferando, Amazon Fresh, DHL etc.), Abgasverordnungen, die Einschränkungen für Autofahrer (Fahrverbote, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Parkgebühren), die öffentliche Förderung für Lastenräder und eine auf Umweltschutz eingestellte neue Elterngeneration ist ein deutlicher Marktzuwachs erkennbar.
Fokus Forschung: H2-Druckspeicher made in Sachsen
Fokus Forschung: H2-Druckspeicher made in Sachsen
Forschung,
Forschungsprojekte
Projektstart: Nachhaltige und kosteneffiziente Druckspeicher für mobile und stationäre Anwendungen
Um den geringen Bauraum solcher Fahrzeuge wie E-Lastenräder effizient für einen Brennstoffzellenantrieb nutzbar zu machen, startete an der Professur Intelligente Maschinensysteme (IMS) und dem Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) mit Beginn des Jahres ein neues Verbundprojekt, bei welchem das geometrische Volumen innerhalb der Rahmenstruktur genutzt werden soll. Geleitet wird das Projekt von Professor Jörg Hübler (IMS) und Professor Udo Löschner (LHM). Dafür sollen stranggepresste Halbzeuge und Druckgussteile nicht nur als Tragstruktur des Fahrwerks, sondern auch gleichzeitig als Druckspeicher genutzt werden. Durch eine Funktionsintegration ergeben sich bei vergleichbarer Leistungsdichte mit klassischem Fahrzeugaufbau erhebliche Einsparpotentiale durch bessere Materialausnutzung hinsichtlich des Material- und Fertigungsaufwandes sowie eine Minimierung des Gewichts- und Rohstoffeinsatz gegenüber eines klassischen H2-Tankpackages. Letztendlich kann durch die Verwendung eines Brennstoffzellenantriebs in den beschriebenen Fahrzeugen die Reichweite aber auch die max. Zuladung signifikant erhöht und somit ein Einsatz in weite Bevölkerungsgruppen getragen werden. In Abbildung 1 ist am Beispiel eines E-Lastenrades dargestellt, wo die Funktionsintegration des Druckspeichers in die Rahmenstruktur erfolgen könnte.
Darüber hinaus bietet diese Entwicklung ein enormes Potential als stationärer Power-to-Gas (PtG) Pufferspeicher für Wohn- und Industriegebäude. Hierbei kann überschüssiger Strom z.B. von einer PV-Anlage für die Wasserelektrolyse zur Brenngasherstellung (Wasserstoff, Methan) genutzt und in Zeiten ohne Sonne lokal zur Stromgewinnung oder Heizenergie zurückgewandelt werden. Somit kann ein ressourcenschonendes und recyclingfreundliches System zur Energiespeicherung dienen, das leicht auf die individuellen Bedürfnisse und Gegebenheiten der Hausbesitzer angepasst werden kann. Durch Nutzung der gleichen Fertigungstechnologie der Mobilitätsanwendungen können so nachhaltige, leichte, aber auch kosteneffiziente Druckspeicher zur Anwendung kommen. Gleichzeitig ermöglichen die verwendeten Aluminiumlegierungen, besonders gegenüber den Faserverbundtanks, ein einfaches Recycling. Dies ist die Basis für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft von Drucktanks und Pufferspeichern.
Mit der Übertragung der gleichen Fertigungstechnologie der mobilen auf Wohngebäudepufferspeicher für Power-to-Gas Anwendungen, soll es dem Projektteam (Abbildung 2) gelingen, die gewonnenen Ergebnisse auf eine breite Anwendungsbasis für Wasserstofftechnologien zu stellen.
Seitens der Professur für Intelligente Maschinensysteme (IMS) sollen im Rahmen des Projektes entsprechende Fahrwerksbauteile so modifiziert, in CAD-Modellen simuliert und schließlich an Realstrukturen getestet werden, so dass diese gleichzeitig zur Stabilität des Fahrzeuges beitragen als auch als Druckspeicher fungieren können.
Am Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) werden hierzu entsprechend moderne, energieeffiziente Laserschweißtechnologien entwickelt, um derartige diffusionsarme Hybridbauweisen aus stranggepressten Aluminiumhalbzeugen und entsprechenden Druckgussbauteilen herstellen zu können.
Die Industriepartner Handtmann Leichtmetallgießerei Annaberg GmbH und WOBEK Oberflächenschutz GmbH bringen ihre Expertise in den Bereichen Gieß- und Beschichtungstechnologie ins Projekt ein. Das Vorhaben läuft bis zum 31.12.2026 und hat ein Gesamtvolumen von 1,41 Mio. €.
Die Finanzierung des Projekts erfolgt aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushalts. Wir danken den genannten Institutionen für die Bereitstellung der finanziellen Mittel.
Text: Norman Katzer
Bilder: Max Kreter, Norman Katzer