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Wasserstoffantrieb für Sachsen

„HZwo:FRAME“: Zwei Transferprojekte gehen an den Start und zielen auf kostengünstigere Brennstoffzellen

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    Im Brennstoffzellenlabor von Prof. Dr. Thomas von Unwerth (r.) und Laborleiter Vladimir Buday treffen Elektrotechnik und Chemie auf Maschinenbau und Produktionstechnik. Foto: Ronald Bartel

Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen bewirken aktuell einen Technologiewandel bei Antriebskomponenten sowie deren Fertigungs- und Produktionsprozessen: „Die Brennstoffzelle hat absoluten Zukunftscharakter“, sagt Prof. Dr. Welf-Guntram Drossel, Geschäftsführender Institutsleiter am Fraunhofer IWU. „Sie wird nicht nur im Bereich Mobilität zu neuen Produkten führen, sondern damit einhergehend eine grundlegende Umgestaltung der Produktionsnetzwerke verursachen.“ Der Innovationscluster „HZwo – Antrieb für Sachsen“ vereint daher das Expertenwissen sächsischer Unternehmen und Forschungseinrichtungen auf den Gebieten Brennstoffzellentechnik, Fahrzeugantriebe, Fertigungs- und Produktionstechnik, Sondermaschinen- und Anlagenbau sowie Wasserstofftechnologien. Geleitet wird der Cluster durch den Verein HZwo unter Vorsitz von Prof. Dr. Thomas von Unwerth, Inhaber der Professur Alternative Fahrzeugantriebe der Technischen Universität Chemnitz.

Von dieser Professur und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU (Prof. Dr. Welf-Guntram Drossel) werden gemeinsam mit über 40 sächsischen Unternehmen, dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS sowie weiteren TU-Professuren und Forschungseinrichtungen in der Projektinitiative „HZwo:FRAME“ gleichzeitig über 15 vom Freistaat Sachsen geförderte Projekte zum Technologietransfer initiiert, mit dem Ziel ein sächsisches Wertschöpfungsnetzwerk aufzubauen. Bereits Fahrt aufgenommen haben die beiden Projekte HZwo:FRAME TANK und HZwo:FRAME EcoCC.

Leichtere Wasserstoffspeicher für den mobilen Einsatz

Zylindrische Druckbehälter aus Karbonfasern stellen den gegenwärtigen Stand der Technik zur mobilen Wasserstoffspeicherung dar. Im Vorhaben HZwo:FRAME Tank wird auf Basis der  Orbitalwickeltechnologie eine neuartige ringförmige Bauweise beschrieben und zur Anwendung in mobilen Energieversorgungseinheiten gebracht. Durch die alternative Bauform ergeben sich bei vergleichbarer Leistungsfähigkeit Einsparpotentiale von bis zu 30 Prozent hinsichtlich Materialaufwand und somit auch hinsichtlich Kosten, Fertigungsdauer und Rohstoffeinsatz. Die an der TU Chemnitz im Bundesexzellenzcluster MERGE entwickelte Orbitalwickeltechnologie wird im Projekt so angepasst, dass der „Donut-förmige“ Behälter überhaupt erst hergestellt werden kann. Die in Leichtbau-Faserverbundbauweise gewickelten Behälter weisen ein gegenüber Stahlgasflaschen um ca. 70 Prozent niedrigeres Gewicht auf. Dadurch wird der Einsatz als Wasserstoffspeicher für die mobilen Brennstoffzellen-Stromversorgungsgeräte der Firma FAE ermöglicht. „Der neuartige Wasserstoffspeicher wird die Einsatzfähigkeit unserer mobilen Energieversorgungseinheiten erheblich verbessern und den zukünftigen Markthochlauf entscheidend unterstützen", freut sich Lutz Fleck, Geschäftsführer der FAE Elektrotechnik GmbH aus Heidenau, über die Zusammenarbeit. Die modulare Bauweise ermöglicht darüber hinaus skalierbare Kapazitäten und somit längere Laufzeiten der emissionsfreien mobilen Stromversorgungsgeräte.

Neue Mess- und Regelungskonzepte für kostengünstigere Brennstoffzellen

Das Project HZwo:FRAME EcoCC beschäftigt sich im Rahmen der HZwo-Initiative mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und zuverlässigen Mess- und Regelungskonzeptes für Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen in Automobilanwendungen. Eine Kombination von Daten bestehender, herkömmlicher Sensoren mit regelungstechnischen dynamischen Modellen erlaubt eine verbesserte Zustandsüberwachung des Systems, wobei auf die Entwicklung neuer und teurer Hardware verzichtet werden kann. Zudem bietet eine derartige mathematische und softwarebasierte Herangehensweise die Möglichkeit, Fehler zu detektieren oder fehlende Daten aus anderen Messungen zu rekonstruieren. Dadurch könnten potentiell sogar bestehende Sensoren durch virtuelle ersetzt werden. Prof. Dr.  Stefan Streif, Leiter der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik der TU Chemnitz, sieht daher in den "Methoden der Regelungstechnik und der Zustandsschätzung ein enormes Potential zur Kosteneinsparung sowie einem sichereren und effizienteren Betrieb moderner Brennstoffzellensysteme".

Hintergrund: Innovationscluster „HZwo – Antrieb für Sachsen“

Das Innovationscluster HZwo, welches aus einem 2016 gegründeten „InnoTeam“ („HZwo:BIP – Bipolarplatten aus Sachsen“) hervorgegangen ist, wird vom sächsischen Wirtschaftsministerium bis zunächst 2022 mit rund 1,6 Millionen Euro gefördert. Das Ziel des Clusters ist es, „den Unternehmen der Industrieregion Sachsen frühzeitig einen Zugang zu neuen Produkten sowie zukünftigen Absatzmärkten zu ermöglichen“, sagt TU-Professor und Initiator Prof. Dr. Thomas von Unwerth. Es werden industrielle Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu serientauglichen Komponenten für Brennstoffzellen, dem elektrischen Antriebsstrang bis hin zu grünem Wasserstoff initiiert. Mit dem Aufbau eines ganzheitlichen Wertschöpfungsnetzwerks wird der Grundstein für die langfristige Entwicklung eines Hochtechnologieclusters in Sachsen gelegt. Auf der Homepage www.hzwo.eu finden Interessierte ausführliche Beschreibungen zu den genannten und allen weiteren Projekten.

Weitere Informationen erteilt Karl Lötsch, Geschäftsführer des HZwo e.V., Telefon 0371 531-35357, E-Mail karl.loetsch@hzwo.eu

Mario Steinebach
26.02.2019

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