Wenn die EU bis 2050 rund 80 Prozent weniger CO2 emittieren will, führt an einer Energierevolution durch grünen Strom aus Wasser, Wind und Sonne und wiederum daraus gewonnenem grünem Wasserstoff kein Weg vorbei. Beide Energieträger müssen flächendeckend, sicher und erschwinglich zur Verfügung stehen – für Fahrzeuge, Industrieprozesse und Haushaltsanwendungen. Ein Stein auf der Straße dieses Weges wurde nun gelegt: Das Forschungszentrum HyCentA eröffnete am Campus der TU Graz am 21.10. gemeinsam mit AVL List GmbH Europas modernste Prüfinfrastruktur für Brennstoffzellen-Systeme.
AVL Geschäftsführer Helmut List: „Als global führendes Technologie-Unternehmen, das Prüfstände für Brennstoffzellen-Systeme entwickelt, wird AVL gemeinsam mit HyCentA durch die Inbetriebnahme dieses einzigartigen Prüfstands einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger und umweltschonender Antriebsstränge leisten.“ Manfred Klell, wissenschaftlicher Leiter des HyCentA, betont: „Wir haben eine hochintegrierte Forschungsumgebung, mit der wir anwendungsorientierte Fragestellungen rund um Brennstoffzellen-Systeme gesamtheitlich und für unterschiedliche Anwendungen bearbeiten können. Mit diesem Prüfstand tragen wir dazu bei, Brennstoffzellen-Systeme rasch fit zu machen für den flächendeckenden Einsatz von Wasserstoff als Energieträger.“
Zielgruppe für gemeinsame Forschungsprojekte sind einerseits Automobilhersteller, die an den Integrationsparametern eines am Markt erhältlichen Brennstoffzellen-Systems in ihre Fahrzeugtypen interessiert sind, und andererseits Hersteller von Brennstoffzellen-Systemen, die die Einsatzmöglichkeiten und Anwendungscharakteristiken ihrer Produkte ausloten wollen.
Vollausgestattetes virtuelles Environment
Diese Prüfinfrastruktur erlaubt hochdynamische Betriebsweisen. Lösungen für die Entwicklung von Motoren aus dem Rennsport, wie beispielsweise die Formel1, ermöglichen neue Dimensionen der Dynamik für das Erproben von Brennstoffzellensystemen. Bei dieser herausragenden Testinfrastruktur ist der Lastwechsel nur durch das Brennstoffzellensystem selbst beschränkt, welcher derzeit bei etwa 0,5 Sekunden liegt. Damit sind Versuche mit Brennstoffzellen-Systemen unter realen Belastungsbedingungen und im dynamischen Betrieb möglich. Die Forscherinnen und Forscher können Konzepte zum Energiemanagement in Brennstoffzellen virtuell erproben und als so genannte „Hardware in the Loop“-Modelle am Prüfstand mit Echtzeitdaten von Batterie, E-Motor oder Antriebsstrang kombinieren.
Effizient starten bei tiefen Temperaturen
Optimierungsbedarf haben Brennstoffzellen-Systeme auch beim Kaltstart, da dieser für Material und Betriebsstrategien eine große Herausforderung im automobilen Einsatz darstellt. Mit der neuen Prüfinfrastruktur können die Forscherinnen und Forscher besonderes Augenmerk auf das Thermomanagement und den sicheren und effizienten Betrieb von Brennstoffzellen-Systemen bei tiefen Temperaturen legen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die optimierte Wärmeabfuhr und die Gestaltung des Kühlsystems. Auch das Potential der Abwärme-Nutzung ist im Fokus.
Gezieltes frühzeitiges Altern – Beschleunigte Alterungstests
Ein weiteres Einsatzgebiet des neuen Prüfstandes: Altern im Dienste der Wissenschaft. Um herauszufinden, wie lange Brennstoffzellen-Systeme unter normalen Betriebsbedingungen funktionieren, müssen sie im Zeitraffer altern. Das geschieht mittels gezielten Belastungen außerhalb der Spezifikations- und innerhalb der Designgrenzen. Mit der hier eingesetzten Messtechnik lassen sich die Haupteinflussgrößen auf die Lebensdauer von Brennstoffzellen-Systemen experimentell identifizieren und entsprechende Rückschlüsse ziehen.
Prüfstand ist ein „Resarch Studio Austria“
Die Kosten des gesamten Forschungsprojektes betragen 2,3 Millionen Euro. Großteils sind das Mittel aus dem Programm „Research Studios Austria“ der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) und des Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (bmwfw). Das Programm Research Studios Austria (RSA) fördert die Anwendung und Umsetzung von Forschungsergebnissen aus der Grundlagenforschung im Vorfeld unternehmerischer Forschung in Österreich.
Neben der TU Graz (50%) sind auch die Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik (25%), Magna (12,5%) und die OMV (12,5%) am HyCentA beteiligt.AVL ist sowohl im Bereich Entwicklung und Fertigung von Prüfständen für Brennstoffzellensysteme als auch in der Entwicklung stationärer Anlagen und Antriebssysteme mit Brennstoffzellen weltweit tätig.