Herausforderungen beim Betrieb von Wasserstoff-Lkw bei extremer Kälte

Einer der Nikola FCEV-Lkw, die von der AMTA bei ihren Kaltwettertests eingesetzt wurden. (Foto: Alberta Motor Transport Association)

Neben der Fahrerausbildung, -schulung und -vertretung verfügt die kanadische Alberta Motor Transport Association (AMTA) über eine Forschungs- und Innovationsabteilung. In einem kürzlich durchgeführten Webinar zur Mission Hydrogen berichtete die AMTA über ihre Forschungsarbeiten zur Eignung von Wasserstoff in Lkw der Klasse 8 – sowohl Wasserstoff-Diesel-Dual-Fuel- als auch Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen – unter den extrem kalten Wetterbedingungen der Provinz. Die AMTA hat mit mehr als 20 Spediteuren Versuche mit Dual-Fuel-Lkw von Hydra Energy, Hyzon FCEVs und Nikola FCEVs durchgeführt.

Jamie King, der in der Forschung und Entwicklung der AMTA-Gruppe für Industrie und Fortschritt tätig ist und Fachexperte der Organisation für Wasserstoff-Lkw ist, befasste sich mit Fragen der Betankung und des Fahrzeugbetriebs. Power Progress berichtete kürzlich über die Erfahrungen der AMTA mit der Betankung mit Wasserstoff bei extremer Kälte. Für den Betrieb von FCEV-Lkw identifizierte King vier Schwerpunktbereiche.

Vor der Reise

Die Herausforderungen beim Betrieb eines FCEV bei bitterkaltem Wetter beginnen laut King in dem Moment, in dem der Fahrer das Fahrzeug erreicht.

„Normalerweise macht der Fahrer vor dem Starten einen Rundgang und inspiziert den Lkw. Sobald das Fahrzeug gestartet ist und sich für den Tag aufwärmt, führt er alle Inspektionen vor der Fahrt durch“, sagte sie. „Wasserstoff-Lkw brauchen in der Kälte wesentlich länger zum Aufwärmen – an besonders kalten Tagen zwischen 20 Minuten und einer halben Stunde.“

Dies setze voraus, dass der Lkw überhaupt anspringe, sagte King. Sie fügte hinzu, dass Wasserstoff-Lkw bei Temperaturen von -20 °C (-4 °F) entweder ausfallen oder ihre Leistung unterschreiten.

„Wir haben festgestellt, dass die Lkw bei Temperaturen unter -20 °C (-4 °F) und -25 °C (-13 °F) – so weit kommen wir manchmal – wahrscheinlich nicht einmal annähernd anspringen“, sagte sie.

Das heißt jedoch nicht, dass die AMTA keine Schritte unternommen hat, um dieses Problem zu entschärfen.

„Einige unserer Lkw verfügen über E-Achsenheizungen, die an den Strom angeschlossen werden müssen“, sagte King. „Manche benötigen in den kälteren Monaten zusätzlich ein Erhaltungsladegerät, das angeschlossen werden muss, wenn der Lkw nicht in Betrieb ist. Dadurch kann er sich selbst regulieren, wie zum Beispiel der Nikola-Lkw. Er wird stündlich aktiviert, um die Temperatur und die Funktionen des Lkws zu prüfen und sicherzustellen, dass alles im akzeptablen Bereich liegt. Andernfalls versucht er, den Lkw auf einen akzeptablen Wert aufzuheizen oder abzukühlen.“

Laut King erfordern diese Minderungsstrategien, dass die Betreiber mehr Zeit für ihre Aktivitäten vor der Fahrt einplanen, „was sich nicht nur auf ihre Arbeitszeiten auswirken kann, sondern auch auf die Strecken, die sie befahren, und die Ladung, die sie transportieren.“

Rutschgefahr

Die AMTA sorgt sich um die Sicherheit der Fahrer, und die Untersuchungen der Organisation ergaben ein Sicherheitsproblem beim Betrieb von Brennstoffzellenfahrzeugen in den Wintermonaten. King sagte, es hänge mit der Entlüftung des Lkws zusammen, die sich typischerweise unter dem Fahrzeug befinde.

„In den Sommermonaten ist das kein Problem“, sagte sie. „Im Winter jedoch, wenn ein Lkw längere Zeit im Leerlauf an einer Stelle steht, sammelt sich das Wasser unter der Fahrerseite, wo der Lkw entlüftet wird. Wird der Lkw dann abgestellt und kommt bis zum nächsten Morgen niemand zurück, gibt es oft eine Eisfläche, auf die der dritte Fahrer achten muss, um in den Lkw einzusteigen.“

King fügte hinzu, dass dies keine vorrangige Überlegung gewesen sei, da viele FCEV-OEMs ihre Lkw in wärmeren Klimazonen herstellen.

„Wir haben unseren Spediteuren, die an unseren Wintertests teilnehmen, geraten, diese Vorsichtsmaßnahme in ihre Checkliste vor der Reise aufzunehmen“, sagte sie.

Routenplanung

Sobald die Inspektion vor der Fahrt abgeschlossen ist und der Lkw gestartet und aufgewärmt ist, gibt es laut King noch weitere Faktoren, die der Fahrer für eine erfolgreiche Fahrt berücksichtigen muss.

„Unsere Lkw müssen unter den extremen Bedingungen härter arbeiten, um die erforderliche Leistung zu regulieren und aufrechtzuerhalten, damit sie effizient arbeiten können“, sagte sie. „Das bedeutet, dass der Wasserstoffverbrauch fast 1,2-mal höher sein kann als auf einer ähnlichen Strecke mit ähnlicher Beladung in den Sommermonaten.“

Während Fahrer, die jeden Tag die gleiche Strecke mit ähnlicher Ladung zurücklegen, glauben können, sie wüssten, wann sie tanken müssen, bedeutet der Betrieb in den bitterkalten Wintermonaten, dass man sich an einen völlig neuen Tankrhythmus gewöhnen muss.

„Da Kraftstoff nicht überall verfügbar ist, planen unsere Fahrer ihre Routen sorgfältig und methodisch, um genügend Zeit und Abstand zur nächsten Tankstelle einzuplanen“, sagte King. „Wenn der Wasserstoffverbrauch höher als üblich ist, müssen sie gewisse Vorkehrungen treffen, um die vorgesehenen Strecken bewältigen zu können und nicht liegen zu bleiben.“

Mit einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug liegen zu bleiben, ist etwas schwerwiegender als mit einem herkömmlichen Diesel-Lkw.

„Wir können nicht einfach eine mobile Tankstelle an den Straßenrand stellen, um Wasserstoff an den LKW zu liefern“, sagte King. „Es ist nicht so, als ob man mit dem Auto einfach einen Verein anrufen könnte, der einem Benzin bringt, wenn einem das Benzin ausgeht. Es ist entscheidend, dass die Fahrer ihre Routen so planen, dass sie genügend Wasserstoff für die gesamte Fahrt haben und auch die Entfernung zur nächsten Tankstelle berücksichtigen.“

Regeneratives Bremsen

Auf Albertas vereisten Winterstraßen stellt die Rekuperation von Lkws mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb der Klasse 8 eine besondere Herausforderung für die Betreiber dar.

„Da dies ganz anders funktioniert als herkömmliches Bremsen, müssen die Fahrer genau auf die Straßenverhältnisse achten“, sagte King. „Es besteht keine Möglichkeit, die Bremse zu betätigen.“

Sie sagte, dass sich die Fahrer an das Fahrgefühl des Lkws gewöhnen müssten, um die Rekuperation richtig zu nutzen. Diese Herausforderung werde durch die Automatikgetriebe, die in vielen Brennstoffzellen-Lkw zum Einsatz kommen, noch verschärft.

„Viele Fahrer haben uns Feedback gegeben und sich beschwert, dass sie den Lkw nicht so gut spüren und fahren können wie mit einem Standardgetriebe“, sagte King.

Das Bergabfahren auf vereisten Straßen ist eine besondere Herausforderung. King bezeichnete dies als „eine Situation, in der ein Standard-Trendgetriebe es ihnen ermöglichen würde, den Lkw optimal an die Straßenverhältnisse anzupassen. Mit regenerativem Bremsen ist dies nicht möglich.“

King sagte, dass Fahrer mit der Zeit immer vertrauter damit werden und verstehen, welche Stufe der regenerativen Bremsung sie verwenden müssen.

Zwar stelle Wasserstoff bei bitterer Kälte einige Herausforderungen dar, doch King sagte, dass die Forschung der AMTA für OEMs wertvoll sei.

„Dafür sind Tests da“, sagte sie. „Wir versuchen, die Probleme zu identifizieren, die Schwellenwerte zu ermitteln und sie zu verbessern. Indem wir diese wertvollen Informationen an Unternehmen wie Nikola weitergeben, können diese an der Verbesserung dieser Details arbeiten. Und Tests in der Praxis – das ist einfach unschlagbar. Diese Informationen bekommt man auf keine andere Weise.“

Herausforderungen beim Betanken von Wasserstoff-Lkw bei extremer Kälte Die kanadische Alberta Motor Transport Association berichtete über ihre Forschungen zum Betanken von Wasserstoff-Diesel-Dual-Fuel-Lkw und FCEVs bei bitterer Kälte.