Peak Performance. Zero Emissions.
#1 Produkttransformation
Schwerlastfahrzeuge gehören zu den größten Verursachern von CO2-Emissionen im Straßenverkehr. Alternative Antriebskonzepte haben in diesem Bereich besonders hohe Anforderungen zu erfüllen. Denn Nutzfahrzeuge sind nicht nur groß und schwer, sie müssen zudem eine enorme Verkehrsleistung erbringen, wirtschaftlich sein, weite Strecken zurücklegen und sich schnell betanken lassen. Genau hierfür wurde das Brennstoffzellen-Stackmodul NM20 von EKPO entwickelt.
Im Heavy-Duty-Bereich und weiteren Anwendungsfeldern setzt die EKPO Fuel Cell Technologies GmbH auf Wasserstoff
und hat mit dem neuen NM20 ihr bisher leistungsstärkstes Brennstoffzellen-Stackmodul auf den Markt gebracht. EKPO
verfügt über umfassendes Know-how in puncto Entwicklung, Industrialisierung und Herstellung von Brennstoffzellen-Stackmodulen
und
-Komponenten. Dabei handelt es sich um die PEM-Technologie, d. h. es kommen Protonen-Austausch-Membranen zur Anwendung
(PEMFC = Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Bereits heute beherrscht EKPO die gesamte Prozesskette und hat eine hochautomatisierte,
wirtschaftliche Fertigung nach Automobilstandards mit einer Kapazität von rund 10.000 Stacks pro Jahr.
EKPO
Die EKPO Fuel Cell Technologies GmbH (EKPO) mit Hauptsitz in Dettingen/Erms, ein Joint Venture der ElringKlinger AG und des französischen Automobilzulieferers OPmobility SE, ging im März 2021 an den Start. Das EKPO-Produktportfolio umfasst kundenspezifische Entwicklungen sowie Standardlösungen, die sowohl im Bereich Mobilität als auch in stationären Systemen und Elektrolyseuren einsetzbar sind. Mit den vier Brennstoffzellen-Stackplattformen NM5-evo, NM12-single, NM12-twin und NM20 wird der Leistungsbereich von 15 bis über 400 kW abgedeckt. Alle weisen ein kompaktes Design, große Leistungsdichte, Robustheit und hohe Effizienz auf. Darüber hinaus zählen metallische Bipolarplatten zu den wesentlichen Brennstoffzellen-Komponenten von EKPO, die hinsichtlich Kosteneffizienz, Leistungsdichte sowie Kaltstartfähigkeit deutliche Vorteile bieten. Das Unternehmen mit rund 240 Beschäftigten besitzt über 330 Patente.
Wie funktioniert ein Brennstoffzellenantrieb und was sind die Vorteile?
Ebenso wie bei batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV = Battery Electric Vehicles) fahren FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles) mit einem Elektromotor. Entscheidender Unterschied: Die Energie wird nicht aus eingebauten Batterien bezogen, die an einer externen Stromquelle aufgeladen werden, sondern FCEV produzieren den notwendigen Strom selbst. Somit haben sie ihr eigenes effizientes Kraftwerk an Bord: die Brennstoffzelle. Sie fungiert als Energiewandler und erzeugt mittels chemischer Reaktion aus dem getankten Wasserstoff und dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft elektrische Energie. Wasser(dampf) als Reaktionsprodukt tritt dann durch den Auspuff aus – ganz ohne Emissionen. Der benötigte Wasserstoff kann u. a. durch die so genannte Elektrolyse gewonnen werden, bei der Wasser mithilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Kommt hierfür regenerativer Strom zum Einsatz, arbeitet der Brennstoffzellenantrieb komplett CO2-neutral. Darüber hinaus können Erzeugung und Verbrauch zeitlich und örtlich entkoppelt stattfinden. Zu den weiteren großen Vorteilen von FCEV zählen die kurze Tankdauer – innerhalb weniger Minuten ist der Wasserstofftank gefüllt – sowie die Möglichkeit, das vorhandene Tankstellennetz durch Wasserstoffzapfsäulen zu erweitern. Hinzu kommt die große Reichweite, so können beispielsweise Brennstoffzellen-Trucks mit einer Tankfüllung mehr als 1.000 Kilometer zurücklegen.
400 kW
Das Stackmodul NM20 ist mit über 400 kW das leistungsstärkste von EKPO und wurde insbesondere für den Schwerlastverkehr konzipiert.
Die Kernmerkmale des Stackmoduls NM20
Mit über 400 kW ist die Stackplattform NM20 die leistungsstärkste von EKPO und wurde insbesondere für den Schwerlastverkehr konzipiert. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise Offroad-Fahrzeuge, der Bahnsektor, der Marinebereich sowie stationäre Anwendungen. Eine hohe Effizienz, geringere Wasserstoffverbräuche, höhere mögliche Betriebstemperaturen, Recyclingfähigkeit sowie eine lange Lebensdauer gehören zu den Kernmerkmalen des NM20. Basis hierfür bildet die für EKPO charakteristische hohe Leistungsdichte, die gegenüber vorhergehenden Generationen um mehr als 50 % gesteigert werden konnte. Weiterer Pluspunkt: Das zum Produktumfang gehörende Medienmodul ist als kundenfreundliche und hochfunktionale Systemschnittstelle ausgeführt. Hier sind für den Betrieb wichtige Funktionen integriert. Neben einem Wärmetauscher zur Vorwärmung des aus dem Tank zugeführten Wasserstoffs beinhaltet das Medienmodul Wasserabscheider, Druckregelventil, Purge- und Drainventile sowie Druck- und Temperatursensoren.
Eine hochmoderne Messtechnik zählt ebenfalls zum Produktumfang. Hier werden die Zellspannungen gemessen, Grenzwerte detektiert, Informationen gebündelt und mittels CAN-Kommunikationsschnittstelle mit dem System ausgetauscht. NM20 steht für viel mehr als nur ein Brennstoffzellenstack: Die neue und moderne Stackplattform übernimmt zentrale Funktionen im System und bietet hierdurch für Systemintegratoren einen echten Mehrwert.
In seinem Werk „Die geheimnisvolle Insel“ schrieb Jules Verne bereits 1875 mit großer Weitsicht „Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist.“ Diese Vision wird mehr und mehr zur Realität, denn das Multitalent Wasserstoff lässt sich im Verkehrssektor, in der Industrie und der Energiewirtschaft als effizienter Energieträger einsetzen. Der Transformationsprozess ist in vollem Gange. EKPO ist aktiv daran beteiligt und leistet mit innovativer Brennstoffzellentechnologie und Komponenten für die Elektrolyse einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft.
„Driving hydrogen solutions for a sustainable future“ – das hat sich das Führungstrio der EKPO Fuel Cell Technologies GmbH auf die Fahnen geschrieben. Dr. Stefan Dwenger (l.) verantwortet als CCO die Bereiche Sales, Marketing sowie Programs & Application Engineering. Dr. Gernot Stellberger (Mitte) leitet als CEO das Unternehmen und übernimmt die Bereiche Strategy, Finance, Purchasing, Human Resources and Advanced Development. Als COO ist Mark Passolt (r.) zuständig für Production, Product Engineering, IT, Quality and Sustainability Management.
Die EKPO-Stackfamilie im Überblick
Die kleinste Plattform NM5-evo wird bis maximal 370 A betrieben. Sie liefert hierbei eine elektrische Leistung von 76 kW und kommt primär in leichten Nfz und Pkw zum Einsatz. Mit bis zu 570 A wird die Plattform NM12 in zwei Varianten betrieben – NM12-single (bis zu 123 kW) und NM12-twin (bis zu 205 kW) – und auch in Anwendungen mit höheren Leistungsanforderungen genutzt, z. B. in Bussen. Die neueste Stackplattform NM20 für den Heavy-Duty-Bereich erreicht bei einem maximalen Strom von 900 A eine elektrische Leistung von über 400 kW und lässt sich somit optimal in kommende 800-V-Fahrzeugplattformen integrieren. Neben einer vergrößerten aktiven Fläche wird dies durch eine enorm gesteigerte Leistungsdichte möglich.
» Mit unserem jüngsten Stackmodul NM20, das sich bereits in der Prototypenphase befindet, können wir einmal mehr unsere Innovationskraft und Industrialisierungskompetenz unter Beweis stellen. «
Dr. Gernot Stellberger, CEO der EKPO Fuel Cell Technologies GmbH
Performance und Effizienz des NM20
Im Schwerlastverkehr sind neben einer hohen elektrischen Leistung auch die Betriebskosten des Fahrzeugs von zentraler Bedeutung. Hier kann die Stackplattform NM20 punkten: Im beispielhaften 200-kW-Lastpunkt des Stacks lässt sich eine absolute Effizienzsteigerung um 11 % gegenüber dem bisherigen Benchmark NM12 realisieren. Dies sorgt für eine effektivere Nutzung des mitgeführten Wasserstoffs und reduziert die Betriebskosten des Systems.
> 25000 h
Die enorme Lebensdauer des NM20 ist gerade im Heavy-Duty-Bereich von entscheidender Bedeutung.
50 %
Die Leistungsdichte des NM20 konnte gegenüber vorhergehenden Plattformen um mehr als 50 % gesteigert werden.
105 °C
Mit einer maximalen Betriebstemperatur von bis zu 105 °C ist das NM20-Stackmodul einfach in die jeweilige Anwendung zu integrieren und bereit für schwierigste Anforderungen.
57 %
Die erheblich gesteigerte Effizienz von 48 % auf 57 % am Nennleistungspunkt bewirkt eine weitere Reduktion der Betriebkosten.
600 °C
Im Stack sind mehr als 600 Zellen verbaut. Es wird eine elektrische Leistung von über 400 kW erreicht.
Hy2Tech
Gut zu wissen: Die Entwicklung und Kommerzialisierung des NM20 wird im Rahmen des IPCEI-Wasserstoff-Programms „Hy2Tech“ durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr sowie das Umweltministerium des Landes Baden-Württemberg gefördert. IPCEI steht für „Important Projects of Common European Interest“ und ist ein von der Europäischen Kommission entwickeltes Instrument zur Förderung von innovativen und strategisch wichtigen Schlüsseltechnologien. Das Fördervolumen für EKPO beläuft sich auf bis zu 177 Mio. EUR bis einschließlich 2027.
