Elektromobilität Stadtbus mit Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technik

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Mit dem Citaro „FuelCell-Hybrid“ macht Daimler einen großen Schritt in die Zukunft. Der Stadtbus mit der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technik der dritten Generation ist für die Ingenieure der Auftakt für die Serienfertigung.

Sie tanken Wasserstoff (H₂), fahren elektrisch, gewinnen Bremsenergie und aus dem Auspuff kommt lediglich Wasserdampf: die Brennstoffzellenbusse. Sie sind bereits im Linieneinsatz, derzeit unter anderem in einem Projekt, das die EU in fünf europäischen Städten fördert. Das Ende des Jahres 2010 in Köln gestartete Vorhaben „Chic“ (Clean Hydrogen in European Cities/Sauberer Wasserstoff für europäische Städte) soll 26 Brennstoffzellenbusse in den täglichen Linienverkehr integrieren. Mindestens drei Hersteller – Mercedes-Benz, Van Hool und Wrightbus – liefern H₂-Brennstoffzellenfahrzeuge für das Projekt, das bis Ende des Jahres 2015 läuft.

Das Chic-Projekt

Die im Chic-Projekt involvierten Verkehrsbetriebe in Aarau (Schweiz), Bozen, Mailand, London und Oslo können auf Erfahrungen aus den schon bestehenden Projekten in Berlin, Hamburg, Köln und Whistler (Kanada) zurückgreifen. Diese waren bereits an den erfolgreichen Vorgänger-Projekten „Cute“ und „HyFleet:Cute“ von 2003 bis 2009 beteiligt. Die gesammelten Erfahrungen sollen nach dem Jahr 2015 für den nächsten Schritt zur Verfügung stehen: den Aufbau von Brennstoffzellenbusflotten und der entsprechenden Infrastruktur in 14 europäischen Regionen.

Linien-Testbetrieb seit dem Jahr 2011

Ende Mai erhielt die PostAuto Schweiz AG das fünfte Brennstoffzellenpostauto des Typs Mercedes-Benz Citaro FuelCell-Hybrid. Seit Ende 2011 fahren dort die sauberen Busse auf Linien in und um Brugg (Kanton Aargau), wo sie in den nächsten fünf Jahren getestet werden.

Das dichte Liniennetz eignet sich in Topographie und Linienführung – Stadtverkehr, Landstraßen, Dorfpassagen – gut für den Test. Betrieben werden die Linien vom PostAuto-Unternehmen Voegtlin-Meyer AG, an dessen Standort die fünf Brennstoffzellenpostautos gewartet und betankt werden.

Mit den fünf Citaro-FuelCell-Hybridbussen in Aarau testet Daimler seit 2011 nun in der Praxis insgesamt 14 Solostadtbusse mit der vorserienreifen FCell-Technik der dritten Generation auf Buslinien in Hamburg und Stuttgart sowie in Aarau und Mailand. In Kürze sollen zwei Busse in Karlsruhe den Linienbetrieb aufnehmen, wenn die H₂-Tankstelle am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fertig ist.

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Investitionen: Rund eine Milliarde Euro

Bei Brennstoffzellen für Autos gilt Daimler als der Pionier der Branche. Dafür hat der Konzern sehr tief in die Tasche gegriffen: Allein für den Zeitraum von 1994 bis Ende 2009 bezifferte Dr. Christian Mohrdieck unlängst die Investitionen auf rund eine Milliarde Euro, die in Erforschung und Entwicklung geflossen sind. Lediglich 40 Millionen Dollar sind ehemals vom US-Energieministerium anlässlich eines Forschungsprojekts aus öffentlichen Mittel beigesteuert worden, betonte der Bereichsleiter Brennstoffzellen- und Batterie-Antriebsentwicklung im Ressort Konzernforschung und Vorentwicklung von Daimler.

Beim Einsatz der Wasserstoff-Brennstoffzelle (FCell) „ist bei uns nicht das Ob, sondern das Wann die Frage“, sagt Mohrdieck. „Wir haben ein modulares, kosteneffizientes FCell-System für Pkw und Busse serienreif entwickelt, das auf dem Markt angeboten werden wird.“ Modular heißt, dass von der FCell-Einheit eine im Pkw und zwei im Bus montiert sind. Der Bus Citaro FuelCell-Hybrid wird laut Daimler in der vierten Generation ab 2017 auf dem Markt angeboten werden.

Rund 300 Kilometer Reichweite

Die Reichweite des Brennstoffzellen-Busses passt mit rund 300 km gut in den städtischen Nahverkehr. Der H2-Verbrauch je 100 km wird mit 9 kg bis 12 kg angegeben. Bei einem Wasserstoffpreis an öffentlichen H2-Tankstellen von etwa 8,00 Euro/kg können 100 km Einsatz 112 Euro kosten – der herkömmliche Dieselbus macht es mit rund 40 l/100 km für etwas mehr als die Hälfte, doch: „Wenn der Spritpreis weiter anzieht, ist der Wasserstoffbus schon mal auf Schlagdistanz“, war von Günther Elste, dem Vorstandsvorsitzenden der Hamburger Hochbahn AG, zu hören.

Platz für 76 Passagiere

Der Citaro ist ein Solostadtbus mit drei Türen, ist zwölf Meter lang und kann 76 Passagiere befördern. Im Heck sind die Elektronik- und Elektrikbausteine des Antriebs und der Nebenaggregate untergebracht.

Der FCell-Hybridbus wird von zwei wassergekühlten Asynchron-Radnabenmotoren in einer speziellen Portalhinterachse von ZF angetrieben. Sie erreichen zusammen eine Dauerleistung von 160 kW/218 PS und eine maximale Anfahrleistung von 240 kW/ 326 PS.

Die Technik auf dem Dach

Überwiegens platzsparend unter einer Verkleidung auf dem Omnibusdach sind montiert: sieben H₂-Drucktanks (350 bar; 1.435 l bzw. 35 kg H₂), das Lithium-Ionen-Batteriesystem (27 kWh, 650 V DC, 330 kg), das Kühlsystem und die Klimaanlage sowie die zwei H₂-Brennstoffzellen-Stacks mit jeweils 396 Zellen (konstant 120 kW, kurzzeitig 140 kW; 250 V DC bis 450 V DC) mit den zwischen den Stacks befindlichen Dosieranlagen für den Wasserstoff sowie die Luftzufuhr für die Brennstoffzellen.

Wirkungsgrad: 51 bis 58 Prozent

Die jetzigen FCell-Stacks unterscheiden sich deutlich von ihren Vorgängern. Ihr Wirkungsgrad liegt mit 51 Prozent bis 58 Prozent wesentlich höher als der der ersten Generation (38 Prozent bis 43 Prozent). Die Lebensdauer wurde um rund 50 Prozent auf mindestens sechs Jahre verlängert, sodass die Dauerhaltbarkeit der Brennstoffzellen mindestens sechs Jahre bzw. 12.000 Betriebsstunden beträgt. Sowohl Brennstoffzellen als auch Batterien und Elektromotoren sind laut Averbeck auf Lebenszeit praktisch wartungsfrei.

„Diesel zu teuer für Busantriebe“

Was die Brennstoffzellenbusse für die Verkehrsbetriebe bedeuten, charakterisiert Hochbahn-Chef Elste, für den in spätestens 25 Jahren der Dieselkraftstoff zu knapp und zu teuer für Busantriebe sein wird. „Deshalb ist es das Ziel der Hochbahn, ab dem kommenden Jahrzehnt nur noch emissionsfreie Busse mit elektrischem Antrieb anzuschaffen. Die Inbetriebnahme dieser neuen Busgeneration ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg in die Elektromobilität.“

Das Bundesverkehrsministerium und die Industrieunternehmen bei CEP vereinbarten Ende Juni, bis Ende 2015 das Wasserstofftankstellennetz in Deutschland von derzeit 15 auf mindestens 50 öffentliche Stationen auszubauen. Die Investitionen betragen mehr als 40 Millionen Euro. Damit könne eine „marktrelevante Erprobung innovativer Tankstellentechnologie und eine bedarfsgerechte Versorgung der bis dahin avisierten 5.000 Brennstoffzellenfahrzeuge in Deutschland sichergestellt werden“.

Im Mittelpunkt des Aufbauplans stehen Metropolregionen und die Schaffung von Autobahnkorridoren zu ihrer Verbindung. FuelCell-Hybrid-Elektroautos sind bereits Vorserienfahrzeuge. Daimler hat ein modulares FCell-System für Pkw und Busse serienreif entwickelt. Ihre Solostadtbusse sollen damit im Jahr 2017 auf den Markt kommen.

Wasserstoff-Pkw bereits im Jahr 2014 in Serie?

Pkw könnten schon im Jahr 2014 statt 2015 in Serie gehen, wie Daimler-Chef Dieter Zetsche Juni vergangenen Jahres anlässlich des „F-Cell World Drive“ feststellte. Vorausgesetzt, es sind genügend Tankstellen für Wasserstoff (H₂) vorhanden und die politischen Rahmenbedingungen stützen das Brennstoffzellen-Projekt. Das Betanken der FCell-Hybridbusse auf den Betriebshöfen der Verkehrsgesellschaften ist gut und zeitnah zu verwirklichen. Der Aufbau der H₂-Tankinfrastruktur für FCell-Pkw ist dagegen aufwendiger. Daimler und Linde unterstützen aktiv den Aufbau von 20 Wasserstoff-Tankstellen. Laut den Stuttgartern liegt er voll im Zeitplan.

Clean Energy Partnership (CEP)

Beide Konzerne gehören zur Clean Energy Partnership (CEP), ein Zusammenschluss von sechzehn führenden Unternehmen der Technologie-, Mineralöl- und Energiekonzerne sowie der größten Automobilhersteller und zwei führenden Betriebe des öffentlichen Nahverkehrs. Es hat sich zur Aufgabe gemacht, Wasserstoff als „Kraftstoff der Zukunft“ zu etablieren.

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