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17.04.2019

E-Bikes: Leichtes Brennstoffzellensystem statt Fahrradakku

Der Markt für E-Bikes und Pedelecs als nachhaltige Alternativen zum Auto steigt seit Jahren. Im Projekt »LiteFCBike« entwickelt das Fraunhofer ISE ein kompaktes Brennstoffzellensystem, das einen vollwertigen Ersatz für einen Pedelec-Fahrradakku bietet.

Basis ist das Antriebs-Konzept »Conodrive«, ein leichter, nachrüstbarer Antrieb, der mit einer speziellen Antriebsrolle das Hinterrad antreibt. Ziel des Projektes in Zusammenarbeit mit dem Conodrive-Entwickler José Fernandez war die Entwicklung eines leichten und für Nutzer praktikablen Systems. Zum Einsatz kommen Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC), die auch für automobile Anwendungen eingesetzt werden. Um Gewicht und Volumen zu sparen, werden zwei Brennstoffzellenstacks mit offener Kathode verwendet – ein flüssiger Kühlkreislauf entfällt. Um alle Bauteile fluidisch zu verbinden, entwickelten die Forscher ein kompaktes Fluidik-Modul, an das alle Komponenten angeschlossen sind, was Rohre und Verbinder überflüssig macht. Als »Tank« werden leicht verfügbare Metallhydrid-Kartuschen verwendet, die sich mit einem geeigneten Klein-Elektrolyseur selbst befüllen lassen. Um deutlich größere Reichweiten bei kurzen Betankungszeiten zu erzielen, wäre bei größerem Raumangebot (Lastenrad) auch ein Drucktank möglich.

Die Brennstoffzellen produzieren im Nennbetrieb etwa 70 Watt elektrische Leistung und laden den Pufferakku nach. In den Unterstützungsphasen stehen die von einem Pedelec gewohnten 250 Watt zur Verfügung. Die Gesamtmaße des kompletten Systems mit Tank und Steuerelektronik betragen 348 x 153 x 47 mm, der Netto-Energieinhalt einer Betankung etwa 270 Wh.

Power-to-hydrogen: Wasserstoff als flexibler Energieträger

Wasserstoff ist ein Schlüsselelement der Energiewende, denn er erlaubt die saisonale Speicherung von Wind- und Solarstrom in Form von chemischer Energie und deren Nutzung in den Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie. Das Fraunhofer ISE stellt an zwei Modellen beispielhaft die vielfältigen Möglichkeiten der Sektorenkopplung durch Wasserstoff dar: eine Wasserstofftankstelle und eine Wasserstoffeinspeiseanlage.

Das mit Hilfe eines PEM-Elektrolyseurs erzeugte Wasserstoffgas wird dabei in Druckbehältern gespeichert oder direkt in die Anwendungen der jeweiligen Sektoren abgegeben. An der Wasserstofftankstelle können PKW, LKW und Busse mit dem erneuerbaren Kraftstoff versorgt werden. Die Wasserstoffeinspeiseanlage ermöglicht eine Versorgung des Gasnetzes mit erneuerbar erzeugtem Brennstoff.

Das Fraunhofer ISE nutzt die Anlagen zur Erprobung der Sektorenkopplung und als Forschungsplattform zur Erprobung von neuartigen Komponenten für Wasserstoff- und Erdgasanwendungen sowie zur Erprobung neuer Betriebsweisen von Elektrolyse, Tankstelle und Einspeiseanlage. Kunden können eigene Produktentwicklungen an den hauseigenen Wasserstoffanlagen testen und erstmals praktisch im Feld einsetzen.

Mit seinen Pilotlinien, Prüfeinrichtungen und Technologieevaluationszentren bietet das Fraunhofer ISE Technologieentwicklung vom Funktionsmuster bis hin zum Transfer in die Fertigung. Das Leistungsangebot umfasst Studien zu neuen Konzepten, die Entwicklung von Prozessen und Prozessabläufen, die Anpassung von Anlagen und Komponenten, Charakterisierung, Modellierung und Simulation und Technologiebewertungen einschließlich der technisch-wirtschaftlichen und ökologischen Bewertung. Die Kunden profitieren von den Dienstleistungen in den Bereichen Technologieentwicklung, Materialentwicklung, Prozessentwicklung, Charakterisierung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA: Membrane electrode assembly) und Technologiebewertung.


 

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Quelle   Fraunhofer ISE 2019

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