Bosch-Ingenieur Christian Appel entwickelt mit dem Start-up Nikola Motor Company den weltweit ersten 40-Tonnen-Truck mit Brennstoffzellenantrieb.
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Truck Yeah!

Wie Christian Appel einen Brennstoffzellen-Lkw in Fahrt bringt

Bosch-Ingenieur Christian Appel entwickelt mit dem Start-up Nikola Motor Company den weltweit ersten 40-Tonnen-Truck mit Brennstoffzellenantrieb. Ein Job unter Strom – und der mögliche Beginn eines neuen Zeitalters im Güterverkehr.

Feintuning in Arizona

Bosch-Ingenieur Christian Appel ruft den Test-Truck mit einem Walkietalkie auf die Straße
Christian Appel bittet den Truck auf die Strecke.

Hitzewellen flirren über den Asphalt der Teststrecke am Rande des Phoenix Sonoran Preserve Naturparks in Arizona. Christian Appel hebt kurz sein Baseball Cap, um sich den Schweiß von der Stirn zu wischen. Er blickt Richtung Horizont, wo die Umrisse eines schneeweißen Trucks zu sehen sind. Um ihn herum kreisen Menschen, sie schrauben, kalibrieren, tauschen letzte Informationen aus. Die Wüste lebt. Dann spricht Appel in sein Walkie Talkie: „Bringt den Truck nochmal auf die Strecke.“ Zum fünften Mal heute dieselbe Prozedur. Es geht ums Feintuning. Bald ist es soweit. Dann muss alles perfekt sein: die Steuerung, die Brennstoffzelle, die Lenkung. Bald ist Showtime.

„Wir denken das Truckfahren von Grund auf neu und helfen einem Start-up dabei, seine Vision umzusetzen.“

Christian Appel, Customer Chief Engineer bei Bosch Engineering
Der Bosch Prototyp Nikola Two mit Brennstoffzellenantrieb auf der Teststrecke in Arizona.
Der Prototyp Nikola Two auf der Teststrecke in Arizona.

Ein Truck wird kommen

Knapp ein Jahr wohnt der 32-jährige Deutsche jetzt in Phoenix, USA. Gemeinsam mit anderen Kollegen ist Appel von Bosch abgestellt, um gemeinsam mit der Nikola Motor Company die Zukunftstechnologie Brennstoffzelle massentauglich für Trucks zu machen. „Ein Brennstoffzellenantrieb ist für Trucks leichter und platzsparender als ein vergleichbarer Batterieantrieb“, erklärt der Ingenieur.

Das clevere Geschäftsmodell: die Zugmaschine wird mit einem Meilenpaket samt Treibstoff verleast. Dazu baut das Start-up Tankstellen, die Wasserstoff mit erneuerbaren Energien aufbereiten und zwischenspeichern. Der benötigte Strom wird dann bezogen, wenn er billig zu haben ist. Das ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz von Brennstoffzellen-Lkw und ist gleichzeitig nachhaltig.

Der Auftrag: eine Weltneuheit erschaffen

Bosch-Ingenieure montieren die letzten Details am Nikola Two-Truck.
Feinschliff: Die Ingenieure montieren die letzten Details am Nikola Two-Truck.

Als Customer Chief Engineer ist Appel verantwortlich für die technische Koordinierung der Bosch-Komponenten im Truck mit dem Namen Nikola Two. Und das sind viele: Die Elektromotoren für die eAchse, die Antriebsstrangsteuerung sowie wichtige Komponenten für die Wasserstoffbrennzelle kommen von Bosch. Zusätzlich ersetzt das neue Mirror Camera System von Bosch die Außenspiegel des Trucks, und dank des Bosch Perfectly Keyless Systems braucht der Trucker künftig nicht mehr nach seinem Lkw-Schlüssel zu suchen.

Nikola Motor Company-Präsident Mark Russell (rechts) spricht mit Bosch-Ingenieur Christian Appel über das Testfahrzeug.
Nikola Motor Company President Mark Russell (rechts) erkundigt sich bei Christian Appel nach dem aktuellen Stand der Testfahrten.

Appels größte Herausforderung ist die Fülle an Herausforderungen. „Wir verbessern hier kein Fahrzeug, das sich schon im Markt befindet. Wir denken gemeinsam das Truckfahren von Grund auf neu. Wir helfen einem Start-up dabei, seine Vision umzusetzen“, so Appel – und das lohnt sich auch für Bosch: „Wir bekommen einen Wissensvorsprung bei einer Antriebstechnik, die den Güterverkehr revolutionieren könnte.“

„Christian ist vielleicht nicht der Vater von Nikola Two. Aber er ist unser Pate. Ohne ihn und Bosch hätten wir das niemals geschafft. Bosch ist unser wichtigster Lieferant.“

Marc Russell, President der Nikola Motor Company

So funktioniert der Brennstoffzellenantrieb von Nikola Two

So funktioniert der Brennstoffzellenantrieb von Nikola Two.
Funktionsprinzip
Wasserstoffdosierventil
Brennstoffzellen-Stack
Anodenzirkulationsgebläse
Elektrischer Luftkompressor
Brennstoffzellen-Steuergerät
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So funktioniert der Nikola Two-Truck.

Funktionsprinzip

Trucks wie das Modell von der Nikola Motor Company wiegen um die 40 Tonnen. Deshalb ist ein rein batteriebetriebener Antrieb nicht effizient. Ein Antrieb, der für so einen Truck in Sachen Größe und Volumen maximal vertretbar wäre, hätte zu wenig Energie. Die Reichweite wäre zu gering. Deshalb haben Bosch und die Nikola Motor Company einen Brennstoffzellenantrieb für Trucks entwickelt. In einer Brennstoffzelle werden Wasserstoff und Sauerstoff in Verbindung gebracht. Es entsteht eine chemische Reaktion, bei der elektrische Energie freigesetzt wird. Diese Energie fließt in das Hochvoltnetz des Trucks, mit dem auch die E-Motoren und die Batterie verbunden sind. So kann die Brennstoffzelle den Antrieb direkt mit Leistung versorgen und gleichzeitig die Batterie aufladen. Statt CO₂ und Ruß fließt beim Wasserstofftruck lediglich Wasser aus dem Auspuff auf dem Asphalt.

Wasserstoffdosierventil des Nikola Two-Trucks.

Wasserstoffdosierventil

Insgesamt neun Hochdrucktanks mit jeweils 9kg Wasserstoffinhalt bilden den Energiespeicher an Bord des Trucks. Zur richtigen Dosierung und Druckregulierung des fließenden Gases hat Bosch das Wasserstoffdosierventil für den Nikola Two-Truck entwickelt. Das kompakte Ventil hält bis zu 16 bar Druck auf der Eingangsseite aus und ist für einen proportionalen Betrieb ausgelegt. Das heißt, die Menge des zu dosierenden Gases kann stufenlos eingestellt werden – anders als bei sogenannten getakteten Ventilen, die nur offen oder geschlossen sein können und bei denen folglich die Menge des zu dosierenden Gases immer nur gleich groß sein kann. Durch die integrierte Abschaltfunktion bietet das Ventil einen extra Beitrag, um Komplexität und Kosten des Gesamtsystems zu sparen.

Der Stack ist die zentrale Komponente des Bosch- Brennstoffzellensystems.

Brennstoffzellen-Stack

Der Stack ist die zentrale Komponente des Brennstoffzellensystems. Hier reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander. Der Stack besteht aus 419 einzelnen Zellen und es herrschen Temperaturen von ungefähr 80 Grad Celsius. Durch die chemische Reaktion wird elektrische Energie freigesetzt. Diese fließt in die Leistungselektronik.

Anodenzirkulationsgebläse des Nikola Two-Trucks.

Anodenzirkulationsgebläse

Bei der chemischen Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff wird nicht der ganze zugeführte Wasserstoff verbraucht und würde deshalb ungenutzt vom System emittiert werden. Hierfür hat Bosch für den Nikola Two-Truck das Anodenzirkulationsgebläse entwickelt, welches den Wasserstoff wieder zurück in die Brennstoffzelle bringt. Viele Systeme arbeiten nur mit einer Strahlpumpe. Die Pumpe von Bosch wird aktiv elektrisch betrieben und ergänzt die passive Strahlpumpe. Das erhöht die Geschwindigkeit, mit der das Gas zurück in die Zelle fließt. Zudem kann die Pumpe flexibler abgeschaltet werden. Das führt zu mehr Effizienz und mehr Sicherheit.

Die Sauerstoffzufuhr beim Nikola Two-Truck wird über den von Bosch entwickelten elektrischen Luftkompressor reguliert.

Elektrischer Luftkompressor

Die Sauerstoffzufuhr wird über den ebenfalls von Bosch entwickelten elektrischen Luftkompressor reguliert. Er arbeitet mit bis zu 120 000 Umdrehungen pro Minute und verdichtet die Luft, so dass ausreichend Sauerstoff in die Brennstoffzelle geführt wird.

Das Brennstoffzellen-Steuergerät von Bosch steuert und regelt das komplette Brennstoffzellensystem des Nikola Two-Trucks.

Brennstoffzellen-Steuergerät

Das Brennstoffzellen-Steuergerät steuert und regelt das komplette Brennstoffzellensystem inklusive Wasserstoff- und Luftzufuhr sowie die Kühlung und die Betriebsstrategie des Stacks.

So funktioniert der Nikola Two-Truck.
Funktionsprinzip
Wasserstoffdosierventil des Nikola Two-Trucks.
Wasserstoffdosierventil
Der Stack ist die zentrale Komponente des Bosch- Brennstoffzellensystems.
Brennstoffzellen-Stack
Anodenzirkulationsgebläse des Nikola Two-Trucks.
Anodenzirkulationsgebläse
Die Sauerstoffzufuhr beim Nikola Two-Truck wird über den von Bosch entwickelten elektrischen Luftkompressor reguliert.
Elektrischer Luftkompressor
Das Brennstoffzellen-Steuergerät von Bosch steuert und regelt das komplette Brennstoffzellensystem des Nikola Two-Trucks.
Brennstoffzellen-Steuergerät

Ein Team für alle Fälle

Bosch Ingenieur Christian Appel (2. von links) und Kollegin Gladys Anyenya im Gespräch mit Alain Hadorn von der Nikola Motor Company.
Anforderungen erfragen: Christian Appel (2. von links) und Kollegin Gladys Anyenya im Gespräch mit Alain Hadorn von der Nikola Motor Company.

Als Ingenieur entwickelt Appel aber nicht nur Truck-Komponenten. „Es geht zunächst mal ums Networking. Ich spreche mit dem Kunden und gebe die Anforderungen dann an die richtigen Kollegen bei Bosch weiter“, erklärt er. Dabei greift er auf ein weltweites Netzwerk zurück. Über 200 Mitarbeiter aus sechs Geschäftsbereichen haben den Truck mitentwickelt. „Egal ob für Automatisierung, Vernetzung oder Elektrifizierung – wir haben für alles die richtigen Experten. Das können nicht viele Unternehmen bieten“, sagt Appel. Was ihn vor allem begeistert, ist der Team-Spirit: „Unsere Zusammenarbeit im Projekt ist fantastisch. Hier gibt jeder alles dafür, dass wir einen einzigartigen Truck auf die Straße bringen. Das ist ein tolles Gefühl.“

Fünf Fakten über die Arbeit am Nikola Two-Truck

Über 200 Mitarbeiter haben in drei Jahren an dem Nikola Projekt gearbeitet.
… haben in drei Jahren an dem Projekt gearbeitet – vom Techniker über den Projektleiter bis hin zur Geschäftsführung. Christian Appel als Customer Chief Engineer hat alles technisch koordiniert.
35 Bosch-Produkte haben Christian Appel und Team im Nikola Two-Truck verbaut und teilweise eigens für diesen Truck neu entwickelt.
… haben Christian Appel und Team im Nikola Two-Truck verbaut und teilweise eigens für diesen Truck neu entwickelt.
1 Terabyte an Daten hat das Bosch-Team in zweieinhalb Jahren für das Projekt gespeichert – zum Beispiel für Simulationen, Kalibrierung oder Messdatenerfassung.
… hat das Bosch-Team in zweieinhalb Jahren für das Projekt gespeichert – zum Beispiel für Simulationen, Kalibrierung oder Messdatenerfassung.
Der erste 40-Tonnen-Truck mit Brennstoffzellenantrieb, der für eine Serienanwendung entwickelt wurde.
… der für eine Serienanwendung entwickelt wurde – das ist das einzigartige Ergebnis der Zusammenarbeit von Bosch und der Nikola Motor Company.
1 500 Tassen Kaffee hat Christian Appel seit Projektstart ungefähr getrunken.
… hat Christian Appel seit Projektstart ungefähr getrunken.

Die Akkus auftanken

Bosch-Ingenieur Christian Appel mit seinem Sohn Leon beim Wandern.
Erholung: Christian Appel mit seinem Sohn Leon beim Wandern.

Zehn Tage später ist es geschafft. Nikola Two wird beim „Public Demo Day“ in Scottsdale der Öffentlichkeit vorgestellt. Der Andrang ist groß, die Fachpresse jubelt. Der nächste Auftrag für den Truck-Paten lautet nun, den Lkw in Serie zu bringen. Im Jahr 2022 soll die Produktion anlaufen. Rund 35 000 Trucks sollen dann pro Jahr gefertigt werden. Doch für den Moment heißt es erst einmal: abschalten.

„Gleich hinter unserem Haus beginnt ein toller Hiking Trail durch die Wüste. Mit meinem Sohn hier entlang zu wandern, ist der perfekte Ausgleich für mich“, sagt Appel. Langsam verschwindet die Sonne hinter Arizonas Wüstenbergen, und die Akkus werden aufgetankt – der von Christian Appel, und der von Nikola Two sowieso.

 

Christian Appel

Christian Appel

Customer Chief Engineer bei Bosch Engineering

hat Mathematik studiert und arbeitet seit sieben Jahren für Bosch. Aktuell lebt er in Phoenix, Arizona – und genießt diesen Lebensabschnitt in vollen Zügen. An seinem Arbeitsplatz bei der Nikola Motor Company erlebt er Start-up-Kultur in Reinform. Erfahrungen, die er nach diesem Projekt auch mit in die Bosch-Welt tragen wird. Und auch ein paar stichhaltige Erinnerungen an die Zeit in Amerika werden bleiben: „Wir waren beim Kona Night Dive vor Hawaii mit Mantas tauchen. Ein unvergessliches Erlebnis. Davon werde ich mir noch ein Tattoo stechen lassen.“

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