Wasserstoff-Lkw vs rein elektrischer Lkw

Wasserstoff-Lkw vs rein elektrischer Lkw – Cheersonic

Im Lkw-Sektor entwickeln sich derzeit zwei Modelle rasant, die mit benzinbetriebenen Lkw konkurrieren: vollelektrische Lkw und Brennstoffzellen- Lkw. Beide werden hauptsächlich von Batterien angetrieben. Vollelektrische Lkw nutzen vorwiegend Lithium-Ionen-Batterien, während Brennstoffzellen-Lkw Wasserstoff als Kraftstoff verwenden. Beide bieten im Vergleich zu benzinbetriebenen Lkw jeweils einzigartige Vorteile.

Wasserstoff-Lkw gegen reinen Elektro-Lkw. Welcher der beiden kann also die Zukunft der neuen Energie-Lkw besser repräsentieren?

Der Unterschied zwischen Wasserstoff-Lkw und reinen Elektro-Lkw

Aktuell auf dem Markt befindliche rein elektrische Lkw basieren im Wesentlichen auf dem Fahrgestell von Lkw mit Verbrennungsmotor. Der Unterschied zu diesen liegt hauptsächlich im Antriebsstrang. Im Vergleich zu Lkw mit Verbrennungsmotor verzichten rein elektrische Lkw auf Verbrennungsmotor, Ansaug- und Abgasanlage. Beim Kraftstoffsystem wird bei leichten Nutzfahrzeugen direkt auf das Getriebe verzichtet, während bei schweren Nutzfahrzeugen das automatisierte Schaltgetriebe (AMT) durch ein Elektrogetriebe ersetzt wird. Stattdessen kommen Antriebsmotor, Batterie und elektronische Steuerung zum Einsatz.

Das Wesentliche am Wasserstoff-Brennstoffzellen- Lkw ist die Ergänzung eines rein elektrischen Lkw um ein Stromerzeugungssystem – das Wasserstoff-Brennstoffzellensystem. Dieses System besteht im Wesentlichen aus einem Wasserstoffspeichertank und einem Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzelle).

Das Funktionsprinzip besteht darin, den Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeichertank zum Brennstoffzellenstapel zu transportieren, wo er chemisch mit Sauerstoff reagiert und Strom erzeugt. Dieser Strom wird dann an die Batterie weitergeleitet und von dort an den Antriebsmotor übertragen, der die Leistung abgibt. Daher kann man den Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw als „reinen Elektro-Lkw mit Brennstoffzellengenerator, der Wasserstoff transportiert“ verstehen.

Darüber hinaus nutzen rein elektrische Lkw externe elektrische Energie zum Laden der Antriebsbatterie, während Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw Brennstoffzellen zum Laden der Antriebsbatterie verwenden. Der Ladevorgang erfolgt während der Fahrt. Daher benötigt der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw keine zusätzliche Energie aus der Antriebsbatterie. Sein Stromverbrauch ist deutlich geringer als der von rein elektrischen Lkw.

Vergleich der Vor- und Nachteile von Wasserstoff-Lkw und reinen Elektro-Lkw

Vorteil:

1. Umweltfreundlicher: Obwohl Wasserstoff-Brennstoffzellen- Lkw und reine Elektro-Lkw im Fahrbetrieb emissionsfrei fahren können, besteht Wasserstoff-Brennstoffzellen hauptsächlich aus Wasserstoff, der nach dem Ende seiner Lebensdauer die Umwelt nicht belastet. Lithiumbatterien hingegen enthalten große Mengen an Schwermetallen, deren Recycling strengen Standards unterliegt, um die Umwelt nicht zu verschmutzen. Daher sind Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw in der Lieferkette umweltfreundlicher.

2. Große Reichweite und kurze Betankungszeit: Die Energiedichte von Wasserstoff-Brennstoffzellen ist hoch, deutlich höher als die von Lithium-Batterien, und ihr Wirkungsgrad ist hoch. Dadurch bietet das Fahrzeug eine größere Reichweite. Zudem ist das Betanken mit Wasserstoff ähnlich wie mit Benzin. In der Regel dauert es weniger als 10 Minuten. Obwohl es etwas länger ist als das Betanken von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, ist es deutlich kürzer als die Ladezeit von rein elektrischen Lkw. Ihre Tankgewohnheiten müssen daher nicht geändert werden.

3. Hervorragende Kältebeständigkeit und keine Batterieentladung: Bei rein elektrischen Lkw lässt sich eine Batterieentladung im Betrieb kaum vermeiden, die bei niedrigen Temperaturen besonders stark ausgeprägt ist. Dies ist auch der Grund für die geringere Reichweite von Elektro-Lkw im Winter. Brennstoffzellenfahrzeuge weisen dieses Problem nicht auf, was die Betriebseffizienz bei niedrigen Temperaturen deutlich verbessert.

4. Geringeres Fahrzeuggewicht und niedrigerer Energieverbrauch: Wasserstoff-Brennstoffzellen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und ein geringeres Fahrzeuggewicht aus. Beispielsweise wiegt eine Lithiumbatterie mit einer Kapazität von 100 kWh etwa 800 kg, während eine Wasserstoff-Brennstoffzelle mit der gleichen Leistung nur etwa ein Viertel davon wiegt. Dies kann die Reichweite des Fahrzeugs deutlich verbessern.

Nachteile:

1. Unzureichende Wasserstoffversorgung: Obwohl das Laden von rein elektrischen Lkw derzeit noch nicht sehr komfortabel ist, findet man in einigen Städten mit größerem Einsatzgebiet problemlos Ladesäulen. Wasserstofftankstellen sind in den meisten Städten jedoch noch nicht vorhanden, und Brennstoffzellenfahrzeuge können während der Fahrt nicht betankt werden. Daher wirkt sich die bestehende Unsicherheit bezüglich der Wasserstoffversorgung vorerst negativ auf die Verbreitung von Wasserstoff-Lkw aus.

2. Hohe Anschaffungskosten: Derzeit sind Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw extrem teuer und daher nur für wenige staatliche Einrichtungen erschwinglich. Von einer breiten Markteinführung sind sie weit entfernt. Rein elektrische Lkw sind in der Anschaffung deutlich günstiger als Wasserstoff-Brennstoffzellen -Lkw.

3. Das Ladevolumen ist gering, wodurch die Ladeeffizienz sinkt: Im Vergleich zu rein elektrischen Lkw verfügt der Brennstoffzellen-Lkw über einen zusätzlichen Wasserstofftank, der üblicherweise zwischen Fahrerhaus und Laderaum angeordnet ist, wobei die Gesamtlänge des Fahrzeugs gleich bleibt. Dadurch ist der Laderaum des Brennstoffzellen-Lkw um 0,5–1 m kürzer, was die Ladeeffizienz verringert.

3. Hohe Nutzungskosten: Betrachtet man die Kraftstoffpreise, so sind die Kosten für Wasserstoffkraftstoff pro gefahrener Strecke bei einem Brennstoffzellen-Lkw deutlich höher als bei den beiden anderen Modellen. Darüber hinaus machen die Kraftstoffkosten einen relativ hohen Anteil der Gesamtkosten aus. Der Preis für Wasserstoffkraftstoff ist somit ein wichtiger Faktor, der die Kommerzialisierung von Brennstoffzellenfahrzeugen einschränkt. Die Nutzungskosten von rein elektrischen Lkw betragen etwa 50 % der Kosten von Lkw mit Verbrennungsmotor. Aufgrund der noch nicht ausgereiften Wasserstofftechnologie sind die Nutzungskosten von Brennstoffzellen-Lkw derzeit mehr als doppelt so hoch wie die von Lkw mit Verbrennungsmotor.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl rein elektrische Lkw als auch Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw ihre jeweiligen Vor- und Nachteile haben.

Obwohl die Industrialisierung von Wasserstoffenergie und Brennstoffzellen derzeit noch einen langen Weg vor sich hat, entspricht sie der allgemeinen Ausrichtung auf nationale Energiesicherheit und Umweltschutz. Gleichzeitig zeigt die Politik, dass das Land den Bereich Wasserstoffenergie und Brennstoffzellen konsequent unterstützt. Wasserstoff-Brennstoffzellen bieten einzigartige Vorteile im Nutzfahrzeugbereich, insbesondere bei schweren Lkw. Im Vergleich zu rein elektrischen und dieselbetriebenen schweren Lkw zeichnen sie sich durch hohe Reichweite und exzellente Tieftemperatureigenschaften aus. Sie können in nachgelagerten Anwendungen eine Vorreiterrolle einnehmen und die Wertschöpfungskette der Wasserstoff-Brennstoffzellenindustrie parallel vorantreiben.

Ultraschall-Sprühgerät zur Reinigung von PEM-Elektrolysetanks in wasserstoffbetriebenen und rein elektrischen Lkw

Im Bereich des Schwerlastverkehrs werden wasserstoffbetriebene und rein elektrische Lkw mit PEM-Elektrolysetanks ausgestattet, die eine dezentrale und fahrzeuginterne Erzeugung von grünem Wasserstoff ermöglichen und somit die Wasserstoffversorgung im Fernverkehr sicherstellen. Die Ultraschallzerstäubung ist ein zentraler Präzisionsprozess für die Herstellung der Kernmembranelektrode (MEA).

PEM-Elektrolysezellen nutzen Iridium- und Platin-Edelmetallkatalysatoren zur Wasserspaltung und Wasserstofferzeugung. Im Fahrzeugbetrieb treten Spannungsschwankungen, Vibrationen und ein breiter Temperaturbereich auf, was hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Katalysatorschicht, die Porenstruktur und die Haftung der Beschichtung stellt. Durch Ultraschallzerstäubung wird die Katalysatorsuspension mittels hochfrequenter Vibrationen in gleichmäßig große Mikrotröpfchen zerstäubt, die berührungslos und schonend auf die Oberfläche von Protonenaustauschmembranen oder porösen Transportschichten aufgebracht werden. Die Abweichung der Beschichtungsdicke lässt sich auf ± 5 % begrenzen. So entsteht eine stabile Dreiphasen-Reaktionsgrenzfläche, die den hohen Stromdichten im Betrieb von fahrzeugmontierten Elektrolysezellen gerecht wird.

Die Materialausnutzung dieses Verfahrens kann 80–90 % erreichen, wodurch der Verbrauch von Edelmetallen wie Iridium und Platin deutlich reduziert und die Herstellungskosten von fahrzeugmontierten PEM-Elektrolyseuren effektiv gesenkt werden. In Kombination mit einer Vakuumheizplattform werden das Aufquellen und Verformen der Protonenmembranen unterdrückt, Defekte wie Poren und Risse vermieden, eine optimale Porenstruktur der Beschichtung erzielt, der Wassertransport und die schnelle Sauerstoffdesorption sichergestellt, die Vibrationsfestigkeit und Lebensdauer der Elektrolysezellen verbessert und die Anpassung an die anspruchsvollen Fahrbedingungen von Lkw ermöglicht.

Ob es sich um eine mit Wasserstoff betriebene, auf einem LKW montierte Wasserstoffproduktionseinheit oder eine PEM-Elektrolysezelle für rein elektrische LKWs zur Erzeugung von Wasserstoff und zur Speicherung von Energie aus überschüssigem Strom handelt, Ultraschallsprühen kann zur Herstellung von CCM- und GDE-Elektroden verwendet werden, wodurch Forschung und Entwicklung mit der Massenproduktion in Einklang gebracht werden und die Kosten für Wasserstoffanlagen in Nutzfahrzeugen gesenkt und die Leistung verbessert werden kann.

Über Cheersonic

Cheersonic  ist der führende Entwickler und Hersteller von  Ultraschallbeschichtungssystemen  zum Aufbringen präziser Dünnschichtbeschichtungen zum Schutz, zur Verstärkung oder zur Glättung von Oberflächen an Teilen und Komponenten für die Märkte Mikroelektronik/Elektronik, alternative Energien, Medizin und Industrie, einschließlich spezieller Glasanwendungen im Bauwesen und in der Automobilindustrie.

Unsere  Beschichtungslösungen  sind umweltfreundlich, effizient und äußerst zuverlässig und ermöglichen eine drastische Reduzierung von Sprühnebel, Einsparungen beim Rohstoff-, Wasser- und Energieverbrauch sowie eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit, Übertragungseffizienz, hohe Gleichmäßigkeit und reduzierte Emissionen.

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