Brennstoffzellen-Stacks: So soll die Serienfertigung gelingen

Weil eine einzelne Brennstoffzelle nur wenig Energie erzeugen kann, werden viele davon in einem Stapel (englisch „Stack“) verbunden. Gut 400 Zellen ergeben so eine elektrische Gesamtleistung von bis zu 120 kW (163 PS). Bei höherem Leistungsbedarf in Nutzfahrzeugen wird die Anzahl der Stacks entsprechend erhöht. Darüber, wie man die Brennstoffzelle und den Stack kostengünstiger herstellen kann, möchte Achim Moritz nicht zu viel verraten. „Ein wichtiger Ansatzpunkt ist der Einsatz günstigerer Materialien“, sagt der Product Manager Fuel Cell Mobility Solutions, „darüber hinaus erwarten wir Fortschritte, zum Beispiel bei der Steigerung der von einer Einzelzelle abgegebenen Leistung.“ Aber bereits durch eine Serienfertigung und die damit verbundenen höheren Stückzahlen könnten die Kosten für einen einzelnen Stack laut Moritz erheblich gesenkt werden.

Ein komplexes System wie einen mobilen Brennstoffzellen-Stack in Serie zu produzieren, ist jedoch anspruchsvoll. „Jeder einzelne Stack muss zuverlässig funktionieren“, sagt Moritz, und fügt hinzu: „Eine zentrale Rolle nehmen im Fahrzeugbetrieb deshalb auch die Steuergeräte ein.“ Die leistungsfähigen Mini-Computer kontrollieren alle Funktionen der Brennstoffzelle und sorgen letztendlich für einen möglichst effizienten Antrieb – genau wie die elektronischen Motorsteuergeräte bei Fahrzeugen mit Otto- und Dieselaggregaten. Das ist ein großer Vorteil für Bosch: Das Unternehmen blickt auf eine lange Historie bei der Entwicklung von Steuergeräten zurück. „Wir haben hierfür viel Kompetenz und Erfahrung im Haus“, sagt Moritz. „Bei der Brennstoffzelle können wir deshalb Synergien nutzen – zum Beispiel durch den modularen Hardware-Baukasten sowie die Software-Logik, die ein solches Steuergerät ausmachen.“

Welche Herausforderungen müssen für eine zuverlässige Serienfertigung noch überwunden werden? Um das zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf technologische Details der Brennstoffzelle: Wasserstoff hat eine kleine Molekulargröße und niedrige Viskosität, er ist damit sehr dünnflüssig – für einen effizienten und sicheren Betrieb muss der Stack deshalb perfekt abgedichtet sein. „Die Dichtlänge eines 120 kW-Stacks liegt bei rund einem Kilometer, hier arbeiten wir an der Erfüllung des hohen Qualitätsanspruchs für automotive Anwendungen“, sagt Moritz. Bosch hat bereits bei anderen Antriebsarten bewiesen, dass seine Experten umfangreiche Erfahrungen und Kompetenzen in der parallelen Produkt- und Prozessentwicklung – dem sogenannten Simultaneous Engineering – haben. Dazu gehört, bereits während der Konstruktion eines Produkts die passende Fertigungsweise der Komponenten auszuwählen – also immer schon einen Schritt voraus zu denken.

„Das parallele Entwickeln von Produkt und Fertigungsprozess ist unsere Stärke“, so Moritz. Davon ist auch Per Wassén überzeugt. „Bosch ist der führende Zulieferer für Automobiltechnik und verfügt hier über eine enorme Erfahrung und Innovationskraft“, sagt der CEO von PowerCell Sweden. „Diese Branche ist geprägt durch große, internationale Unternehmen, es herrschen lange Vorlaufzeiten und sehr hohe Anforderungen. Ein Start-up wie PowerCell – mag es noch so technologisch fortschrittlich sein – hätte es alleine schwer, das große Marktpotential zu erschließen. Durch die Zusammenarbeit mit Bosch können wir unserer Technologie viel schneller zum Durchbruch verhelfen.“

Während Unternehmen wie Bosch und PowerCell die Serienfertigung der mobilen Brennstoffzelle vorantreiben, wird eine weitere Hürde für die Ausbreitung der Technologie in Angriff genommen: In vielen Ländern wächst die Zahl der Wasserstofftankstellen bereits. Der Ausbau der Infrastruktur wird vielerorts staatlich gefördert und auch durch Verbände wie dem Hydrogen Council vorangetrieben. „Wir konzentrieren uns auf die Märkte China, Nordamerika und Europa, wo wir eine zunehmende wirtschaftliche Unterstützung für den Brennstoffzellen elektrischen Antrieb sehen“, sagt Achim Moritz.

Diese Unterstützung entspringt der Erkenntnis, dass der Weg zur emissionsfreien Mobilität technologieoffen beschritten werden muss. So wie Benziner und Diesel auf der Seite der Verbrenner immer weiter verbessert werden, so verhält es sich auch bei der Elektromobilität mit der gleichzeitigen Entwicklung des rein batterieelektrischen Antriebs und des Brennstoffzellenantriebs. Bosch hat diese offene Haltung bereits verinnerlicht. Das Ergebnis: Schon ab 2022 sollen die innovativen Brennstoffzellen-Stacks im Bosch-Werk in Bamberg vom Band laufen.