Herausforderungen bei der Betankung von Wasserstoff-Lkw bei extremer Kälte

Die Alberta Motor Transport Association (AMTA) ist eine gemeinnützige Organisation, die über 75 Prozent der über 24.000 gewerblichen Transportunternehmen in Alberta, Kanada, vertritt. Sie fördert Bildung, Ausbildung und die Interessenvertretung ihrer Mitglieder und legt zudem einen Schwerpunkt auf Forschung und Innovation.

Bild: alphaspirit via Adobe Stock

„Wir möchten Technologien beschleunigen, die die Sicherheit erhöhen, die Betriebseffizienz steigern oder den Umweltschutz in der kommerziellen Transportbranche unterstützen“, heißt es auf der AMTA-Website.

In einem kürzlich durchgeführten Webinar zur Mission Hydrogen berichtete die AMTA über die Forschung zu einer solchen Innovation: dem Langstreckeneinsatz von Wasserstoff-Lkw unter den extrem kalten Wetterbedingungen der Provinz. Dazu gehören Wasserstoff-Diesel-Dual-Fuel-Fahrzeuge sowie Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV).

Laut Webinar-Moderator Jamie King, der in der Forschung und Innovation für die Industrie- und Entwicklungsgruppe der AMTA arbeitet und AMTAs Fachexperte für Wasserstoff-Lkw ist, hat der Verband mit mehr als 20 Spediteuren Versuche mit Dual-Fuel-Lkw von Hydra Energy, Hyzon FCEVs und Nikola FCEVs durchgeführt.

Was insbesondere die Wasserstoff-Diesel-Dual-Fuel-Technologie betrifft, sagte King, dass ein Grund, warum sich AMTA darauf konzentriert, darin besteht, Flotten bei einem relativ kostengünstigen Übergang zu nachhaltigeren Lösungen für den Straßenverkehr zu unterstützen.

„Viele Flotten können sich den direkten Umstieg auf Brennstoffzellenelektro nicht leisten, da die Kosten für ein neues Fahrzeug hoch sind“, sagte sie. „Mit Wasserstoff-Diesel-Dual-Fuel können Sie Ihre aktuelle Flotte bis zum Ende ihrer Lebensdauer umrüsten. In Kanada können Sie Ihren aktuellen Lkw für etwa 60.000 bis 70.000 Dollar auf Diesel-Dual-Fuel umrüsten.“

Betrieb bei kaltem Wetter

Bei der Durchführung seiner Versuche war AMTA besonders daran interessiert, die besonderen Herausforderungen zu verstehen, die der Betrieb dieser Fahrzeuge im kanadischen Raum mit sich bringt.

„Ein Punkt, der uns in Kanada etwas Sorgen bereitet, ist, dass viele Fahrzeuge in den USA und Europa produziert werden“, sagte King. „Die Fahrzeuge aus US-Produktion, die wir bekommen, sind typischerweise für leichtere Lasten, kürzere Strecken und mildere Temperaturen ausgelegt.“

Sie fügte hinzu, dass AMTA deshalb bestrebt sei, die aus den USA und dem Ausland gelieferten Lkw „albertaistisch“ zu gestalten.

„Wir berücksichtigen die kälteren Temperaturen tatsächlich stärker als die wärmeren“, sagte King. „Unsere Nikola-Trucks kamen aus Arizona, wo sie tatsächlich mit höheren Temperaturen rechnen müssen. Sie haben plus 40 °C (104 °F), wir hingegen minus 40 °C (-40 °F).“

Laut King stellt die Betankung von Wasserstoff-Lkw eine besondere Herausforderung hinsichtlich der Temperatur dar. Teilweise liegt das Problem in der für Brennstoffzellenfahrzeuge erforderlichen Reinheit.

Kraftstoffbedarf

„Brennstoffzellen-Wasserstoff muss eine Reinheit von 99,999999 Prozent aufweisen“, sagte sie. „Ist er nicht so rein, kann das die Integrität der Brennstoffzellen im Lkw beeinträchtigen. Und in der Regel bedeutet das einen höheren Wassergehalt, wenn die Reinheit verdünnt wird.“

King sagte, dass die Reinheit – sechs Neunen – für einen Dual-Fuel-Lkw nicht so entscheidend sei.

AMTA arbeitet mit Suncor Energy aus Calgary, Alberta, zusammen, um den für die Testfahrzeuge benötigten Wasserstoff bereitzustellen, so King. Suncor stellt AMTA eine 350-bar-Wasserstofftankstelle zur Verfügung, an der alle Brennstoffzellenfahrzeuge tanken können.

„Auch die Diesel-Dual-Fuel-Lkw können dort tanken, da sie nicht denselben Reinheitsgrad benötigen“, sagte King.

Darüber hinaus sagte King, dass AMTA in Nisku, Alberta, etwas außerhalb von Edmonton, einen neuen modularen Tanker eingeführt habe. Dieser werde von der Suncor-Produktionsstätte in Edmonton geliefert.

„Diese neue Tankstelle kann Wasserstoff in Brennstoffzellenqualität bei 700 Bar bereitstellen, was eine enorme Verbesserung gegenüber den 350 Bar darstellt, die bei Suncor verfügbar sind“, sagte sie.

King fügte hinzu, dass Lkw, die Wasserstoff mit 700 bar benötigen, an einer 350-bar-Tankstelle nur bis zur Hälfte betankt werden können. „Das kann angesichts der Entfernungen, die wir in Alberta zurücklegen, ziemlich einschränkend sein.“

Herausforderungen bei niedrigen Temperaturen

Laut King ist eine Temperatur von -20 °C (-4 °F) der Punkt, an dem Wasserstoff-Lkw entweder ausfallen oder ihre Leistung beeinträchtigen. Insbesondere beim Tanken, so King, könnten solche extrem niedrigen Temperaturen die Funktion des Gastransfermoduls (GTM) beeinträchtigen.

„Der Betrieb des GTM ist bei kälteren Temperaturen etwas launisch, und wenn die Lkw keinen Kraftstoff bekommen, können sie natürlich nicht fahren“, sagte King. „Der GTM funktioniert bei extremer Kälte einfach nicht, was unserer Erfahrung nach ab -20 °C zum Problem wird.“

Ein weiteres Problem besteht darin, die für Wasserstoff-Brennstoffzellen erforderliche Reinheit von 99,9999 % aufrechtzuerhalten.

„Ein weiteres Problem, das bei Temperaturen unter -20 °C auftritt, ist, wie bereits erwähnt, der Wassergehalt im Wasserstoff“, sagte King. „Kondenswasser gefriert sofort, und sobald es sich in den Leitungen sammelt und sich auch nur kurzzeitig erwärmt, verdünnt das Wasser die Reinheit des Wasserstoffs, wodurch dieser nicht mehr für Brennstoffzellen geeignet ist.“

Wenn dies passiert, sagt King, bleibt nichts anderes übrig, als zu warten, bis das Wetter warm genug ist.

„Wenn wir Wasserstoff erhalten, der nicht die Reinheit von Brennstoffzellen hat, können wir nicht viel tun, um das Problem wirklich zu lösen, bis wir ihn vollständig beseitigen können“, sagte sie.

Laut King wurden viele Versuche unternommen, dieses Kälteproblem zu mildern. „Aber im Endeffekt ist es einfach schwierig, sich gegen die bittere Kälte zu isolieren.“

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