Ein europaweit einzigartiges Testfeld für die Erforschung von Brennstoffzellenantrieben wurde am 17. Juli 2019 an der Professur Alternative Fahrzeugantriebe der TU Chemnitz offiziell in Betrieb genommen. Herzstück ist ein Hochleistungsprüfstand zum dauerhaften Test von Antriebsleistungen bis zu 150 kW. Das sind umgerechnet mehr als 200 PS. Mit der Laboreinweihung wird zugleich ein weiterer Meilenstein in der seit 2016 bestehenden Kooperation mit dem Automobilzulieferer Continental gesetzt.

Der einzige Weg zur Reduzierung von CO2-Emissionen führt zum elektrischen Fahren, betonte Prof. Dr. Thomas von Unwerth, Inhaber der Professur Alternative Fahrzeugantriebe und Direktor des Instituts für Automobilforschung an der TU Chemnitz, zur Eröffnung des neuen Labors. Kurzfristig und für kurze Strecken sei die batterieelektrische Mobilität hier die Lösung. Langfristig komme man an einem emissionsfreien chemischen Energieträger wie Wasserstoff nicht vorbei. Der H2-Antrieb in Kombination mit der Brennstoffzelle ist im Antriebsmix der Zukunft ein wesentlicher Baustein.

Europaweit einzigartiges Testfeld

Die TU Chemnitz und die im Innovationscluster HZwo verankerten rund 60 Unternehmen und Forschungseinrichtungen gehören zu den Treibern bei der Entwicklung serienfähiger Brennstoffzellenantriebe. Mit dem neuen Testfeld und dem bereits im Februar 2019 aufgestellten Wasserstofftank als Teil der Laborausstattung verfügen die Protagonisten über beste Bedingungen, die Forschungsarbeit zu intensivieren. „Die spezielle technische Ausstattung des Labors sucht in der universitären Landschaft europaweit ihresgleichen“, so Prof. Dr. Thomas von Unwerth.

„Herz der neuen Anlage ist ein Hochleistungsprüfstand zum dauerhaften Test von Antriebsleistungen bis zu 150 Kilowatt. Zukünftig besteht außerdem die Option, den Prüfstand bis auf 300 kW umzurüsten. Damit werden an der TU Chemnitz die Grundlagen für die Entwicklung von Brennstoffzellen und Brennstoffzellensystemen der nächsten Generation gelegt.“ Im Sinne des Netzwerkgedankens können auch Drittfirmen das Labor nutzen, so Prof. von Unwerth, der auch Vorstandsvorsitzender des HZwo e.V. ist.

Elektroantriebe mit Brennstoffzelle werden als wichtige Option vor allem für größere Fahrzeuge und Nutzfahrzeuge mit hoher Reichweite erwartet. Um die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle unter verschiedenen Bedingungen zu testen, ist der neue Prüfstand in der Lage, wechselnde Umweltbedingungen und Auslastungen zu simulieren, was für die Einschätzung der Leistungsfähigkeit einer Wasserstoffbrennstoffzelle essentiell ist. Die Tests erfolgen bei verschiedenen Temperaturen, Druckverhältnissen und Luftfeuchtigkeiten sowie mit Simulation verschiedener Belastungen, wie Fahrten im Gebirge oder mit zusätzlichem Gewicht. Erste Messaufgaben im Rahmen von Forschungsprojekten rund um innovative Werkstoffe für Brennstoffzellen laufen bereits und schaffen Grundlagen für die Serienfertigung von besonders effizienten und wirtschaftlichen Bauteilen und Komponenten.

Grundlagen für Anwendung und Großserienfertigung werden geschaffen

Aktuell wird u. a. an zwei Projekten mit Continental Powertrain als Hauptpartner gearbeitet. Da Brennstoffzellenantriebe heute noch mit dem Thema Kosten zu kämpfen haben, widmet sich ein Vorhaben der Entwicklung neuer sogenannter Bipolarplatten. Diese metallischen Platten sind ein zentraler Teil des Brennstoffzellenstapels (Stack). Sie verteilen die Gase und leiten den bei ihrer Reaktion entstehenden Strom ab. „Ziel des Projektes ist die Vorbereitung einer Großserienfertigung neuer Bipolarplatten mit höherer Energiedichte, die kleinere Abmessungen und wirtschaftlichere Systeme ermöglichen“, erläutert Stephan Rebhan, Leiter Technologie & Innovation bei Continental, Bereich Powertrain. Außerdem werden in einem zweiten Projekt Steuergeräte und Steuer-Algorithmen für den effizienten Betrieb von Brennstoffzellen entwickelt.

Thomas von Unwerth sieht die Zusammenarbeit als Erfolgsfaktor für beide Seiten: „Continental als größter Industriepartner im Innovationscluster HZwo-Netzwerk bringt umfangreiches Wissen zur Fahrzeuganwendung, zur Steuerungstechnik und zu Komponenten für Brennstoffzellen mit. Verbunden mit unserem Expertenwissen schafft das eine ideale Grundlage, um effiziente Fuel-Cell-Lösungen zu entwickeln und eine wirtschaftliche Industrialisierung vorzubereiten.“