Im Rahmen des Projekts BeBoP (Beyond state-of-the-art Efficiency by improving Balance of Plant components) werden unter der Konsortialführung des norwegischen Forschungsinstituts SINTEF bessere und kostengünstigere Komponenten für Brennstoffzellensysteme entwickelt. Dabei handelt es sich um Luftkompressoren, Membranbefeuchter und DC/DC-Wandler.
Während die Welt auf eine nachhaltigere und grünere Zukunft zusteuert, ist Wasserstoff ein wichtiger Akteur bei der Umgestaltung einer Vielzahl von Mobilitätssektoren. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen haben das Potenzial, den Schwerlastmobilitätssektor wie Straßen-, See-, Schienen- und Luftfahrtverkehr zu revolutionieren und als praktikable Alternative zu fossilen Brennstoffen zu dienen.
Komponentenverbesserungen
Ein Brennstoffzellensystem wandelt chemische Energie aus Wasserstoff in elektrische Energie um. Neben der Brennstoffzelle selbst besteht das System aus verschiedenen Komponenten, die als Balance-of-Plant (BoP) bezeichnet werden und für Leistung, Effizienz und Haltbarkeit entscheidend sind.
Ziel des Horizon Europe-Projekts BeBoP ist es, diese BoP-Komponenten zu verbessern, indem es wichtige Komponentenentwickler, einen erstklassigen Antriebsstrangdesigner sowie führende Forschungseinrichtungen zusammenbringt. Während seiner dreieinhalbjährigen Laufzeit wird das Projekt effizientere, kompaktere und zuverlässigere Komponenten entwickeln, die auch den Zustand der Brennstoffzellen überwachen können.
„Durch die Verbesserung der Balance-of-Plant-Komponenten über den Stand der Technik hinaus werden die Innovationen von BeBoP Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme effizienter und zuverlässiger machen und den Brennstoffzellenmarkt letztendlich einem groß angelegten Einsatz für Schwerlasttransportanwendungen näherbringen“, sagt Projektkoordinatorin und leitende Forschungswissenschaftlerin bei SINTEF, Sigrid Lædre.
Das Projekt BeBoP konzentriert sich auf die Verbesserung von Komponenten, die für die Leistung und Haltbarkeit von Brennstoffzellensystemen von entscheidender Bedeutung sind:
- Luftkompressor: Stellt sicher, dass die Brennstoffzelle ausreichend Luft (Sauerstoff) mit dem erforderlichen Betriebsdruck erhält, um Strom zu erzeugen, und passt sich umgehend an Laständerungen an.
- Membranbefeuchter: Hält das optimale Feuchtigkeitsniveau der Membran aufrecht, um eine hohe Leistung sicherzustellen und ein Austrocknen der Brennstoffzelle zu verhindern.
- DC/DC-Wandler: Passt die Ausgangsspannung für die Verwendung mit einem Elektromotor auf das gewünschte Niveau an.
BeBop wird einen effizienteren Luftkompressor und einen neuen leichten und kompakten DC/DC-Wandler liefern, einschließlich einer Stromverteilungseinheit (PDU) und ausgestattet mit einer Zellüberwachungsfunktion. Außerdem wird ein neuartiger Membranbefeuchter entwickelt. Diese Membranbefeuchtertechnologie der nächsten Generation soll das Wassermanagement und damit die Gesamtleistung und Lebensdauer des Systems verbessern, indem die Membran des Membranbefeuchters verstärkt und die Luftstromverteilung optimiert wird.
Im Projekt BeBoP entwickeln führende Komponentenentwickler (Garrett, Freudenberg und Silver Atena) innovative Lösungen, die bei FPT auf modernste Brennstoffzellensysteme angewendet werden. DLR und SINTEF nutzen ihre Modellierungskompetenz, um sowohl die Entwicklung des Brennstoffzellensystems zu unterstützen als auch herauszufinden, wie es am besten betrieben werden kann.
Modellierung und Systemtests
Die BeBoP-Projektmodelle werden zur Ergänzung der Entwicklung und Tests der BoP-Komponenten verwendet, um die Gesamtziele zu erreichen. Das Projekt wird Modelle entwickeln, um den Betrieb von BoP-Komponenten der nächsten Generation zu charakterisieren und zu optimieren, die darauf ausgelegt sind, den Stromverbrauch zu minimieren und den Wasserstoffverbrauch von Hochleistungsbrennstoffzellensystemen zu reduzieren. Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, eine durch stationäre Modellierung optimierte Architektur zu entwickeln, um die Systemleistung zu verbessern.
Die entwickelten BoP-Komponenten werden entweder in das von FPT bereitgestellte 200-kW-Brennstoffzellensystem integriert oder von DLR in einem kurzen Stapel (Befeuchter) getestet. Durch Tests der Komponenten auf stationäre Effizienz und dynamisches Verhalten stellt das Projekt sicher, dass die Architekturen die für Langstrecken-Schwerlastfahrzeuge erforderlichen Hochleistungszyklen erreichen können.
Indem das Projekt die Skalierung der Komponenten durch europäische Hersteller ermöglicht, bringt es den Brennstoffzellenmarkt näher an den großflächigen Einsatz auf der Grundlage getesteter, zuverlässiger Technologie. Das Projekt wird auch das Potenzial für eine Standardisierung ihres Designs zur Erleichterung der Industrialisierung bewerten.
Über das BeBoP-Projekt
Das BeBoP-Projekt (Beyond state-of-the-art Efficiency by improving Balance of Plant components) wird von der Clean-Hydrogen-Partnership und ihren Mitgliedern unterstützt, einschließlich zusätzlicher Finanzierung durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI). Kofinanziert durch die Europäische Union im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101192365.
Das Projekt hat eine Laufzeit von 42 Monaten und ein Gesamtbudget von 3.983.049 Euro.
SINTEF AS (Norwegen) ist der Koordinator des Projekts. Konsortialpartner sind: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) (Deutschland), Garrett Motion (Frankreich), Freudenberg Filtration Technologies GmbH & Co. KG (Deutschland), Freudenberg Technology Innovation SE & Co. KG (Deutschland), Silver Atena GmbH (Deutschland), FPT Industrial S.p.A. (Italien) und FPT Motorenforschung AG (Schweiz).