Brennstoffzellen-Technologie von Linde
Mit Wasserstoff in die Zukunft
Brennstoffzellentechnologie von Linde Material Handling
Let’s go Wasserstoff Wie wäre es, wenn ein Fahrzeug in nur drei Minuten wieder betankt wäre und beim Betrieb keine Emissionen entstünden? Was wie Wunschdenken klingt, sind zwei wesentliche Vorteile eines der aussichtsreichsten Energiesysteme der Zukunft: der Brennstoffzellentechnologie.
Bei der Auswahl des passenden Energiesystems für Flurförderzeuge spielen neben den Einsatzanforderungen auch Aspekte wie der Platzbedarf für die Betankung oder das Aufladen, die Energiekosten und die Umweltverträglichkeit eine wichtige Rolle. Vor diesem Hintergrund geraten zunehmend alternative Antriebssysteme in den Blick, die Vorteile gegenüber konventionellen Lösungen wie Bleisäure-Batterien aufweisen.
Hierzu gehören neben Lithium-Ionen-Batterien die Brennstoffzellen. Linde Material Handling hat als erster Hersteller mit der Erkundung dieser Technologie begonnen und entwickelt seit 2000 einsatztaugliche Lösungen. Dadurch eröffnet sich Logistikbetrieben die Chance, bereits heute von dieser Zukunftstechnologie zu profitieren.
Trotz ihrer vielen Vorteile ist Wasserstofftechnologie nicht für alle Anwendungsfälle die sinnvollste Lösung. Es sollten bestimmte Anforderungen erfüllt sein, um eine wirtschaftliche Nutzung zu gewährleisten. Dazu gehören unter anderem eine gewisse Flottengröße und eine bestimmte Anzahl an Betriebsstunden.
Der folgende Überblick zeigt, wann Brennstoffzellensysteme besonders lohnend sind und welche Branchen am meisten profitieren können.
Hohe Auslastung
Wasserstoffbetriebene Flurförderzeuge sind besonders effizient und langlebig, wenn sie permanent im Einsatz sind, denn häufiges Ein- und Ausschalten führt zu einer schnelleren Degradation der Brennstoffzellen. Im Optimalfall nutzen Anwender die Technologie im Zwei- oder Mehrschichtbetrieb. Bei Einsätzen unter 1.200 Betriebsstunden pro Jahr macht die Nutzung von Brennstoffzellensystemen technisch und wirtschaftlich weniger Sinn. Wo aber Rund-um-die-Uhr-Einsätze an der Tagesordnung sind, etwa in der Automobil- und Zulieferindustrie, erweisen sie sich als sinnvolle Alternative zu Verbrennern und elektrischen Flurförderzeugen mit Blei-Säure-Batterie.
Strenge Hygienestandards
Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien enstehen beim Betrieb von Brennstoffzellen keine Verunreinigungen durch Säure oder andere Chemikalien. Als saubere Alternative kann die Technologie selbst in Branchen mit strengen Hygienevorgaben, wie der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, eingesetzt werden.
Mindestanzahl an Fahrzeugen
In der Regel lohnt sich der Einsatz von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen ab einer Flottengröße von mehr als 20 Fahrzeugen bei intensiver Nutzung. Das liegt nicht zuletzt an den relativ hohen Investitionskosten. Die Umsetzung einer Wasserstofflösung beinhaltet nicht nur die Anschaffung entsprechender Fahrzeuge, sondern auch die Investition in die nötige Infrastruktur. Je größer die Flotte und je höher die Arbeitsleistung pro Fahrzeug und Jahr, desto schneller rechnet sich die Nutzung von Wasserstoff.
Vorhandene Infrastruktur
Die Verfügbarkeit von Wasserstoff vor Ort ist entscheidend für den effizienten Einsatz der Technologie. Insgesamt lohnen sich Flurförderzeuge mit Brennstoffzellensystem am meisten, wenn Wasserstoff (und damit die benötigte Infrastruktur) bereits vorhanden ist. Etwa, weil Wasserstoff als Nebenprodukt anfällt, für den Produktionsprozess benötigt wird, oder weil Blockheizkraftwerk und LKW-Flotte mit Wasserstoff betrieben werden. In all diesen Fällen sind die Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Einsatz wasserstoffbetriebener Flurförderzeuge ideal. Muss die Wasserstoff-Infrastruktur erst aufgebaut werden, ist die Wirtschaftlichkeit im Einzelfall zu prüfen.
Begrenzte Stromversorgung
Wasserstoff lässt sich leicht transportieren und an Orten verwenden, an denen die Stromversorgung nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich ist. So kann es beispielsweise sein, dass die Energieinfrastruktur eines Unternehmens nicht ausreicht, um die komplette Fahrzeugflotte auf Lithium-Ionen-Antriebe umzustellen (Gefahr von Lastspitzen während der Ladevorgänge). In diesem Fall bietet sich Wasserstoff als leistungsstarke, emissionsarme und flexibel einsetzbare Alternative an.
Fördermittel
Aufgrund der hohen Investitionen in die Infrastruktur rechnen sich der Einsatz von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle bislang meist nur mit entsprechenden Fördergeldern. Auf EU-, Landes- und regionaler Ebene gibt es zahlreiche Förderprogramme. Förderfähig sind je nach Programm die Fahrzeuge oder die H2-Infrastruktur. Im Fokus steht dabei das Volumen der eingesparten CO2-Emissionen. Je höher die Einsparungen, desto höher die Wahrscheinlichkeit für einen Förderzuschlag.
8 Vorteile der Wasserstofftechnolgie
Der Umgang mit Energie wird für Unternehmen mehr und mehr zum Erfolgsfaktor. Das gilt besonders in der Intralogistik. Sind Flurförderzeuge mit dem richtigen Antriebssystem ausgestattet, wirkt sich das unmittelbar auf Performance, Kostenkontrolle und Nachhaltigkeit aus. Daher halten wir bei Linde Material Handling eine breite Palette an bedarfsgerechten Energielösungen bereit. Dazu gehören auch wasserstoffbetriebene Flurförderzeuge mit einem Hybridsystem aus Brennstoffzelle und Lithium-Ionen-Batterie.
Wasserstoff ist zweifellos ein wichtiger Baustein im Energiemix der Zukunft, selbst wenn sich sein Einsatz auf ein schmales Anwendungsgebiet beschränkt. Dank seiner hohen massebezogenen Energiedichte liefert Wasserstoff rund dreimal so viel Energie wie Benzin. Brennstoffzellensysteme ermöglichen zudem eine schnelle Betankung, das stellt die maximale Verfügbarkeit der Fahrzeuge sicher. Werden sie mit grünem Wasserstoff betankt, arbeiten Brennstoffzellen zudem komplett emissionsfrei und reduzieren den CO₂-Fußabdruck.
Wunder Wasserstoff: Energie aus der Brennstoffzelle
Fahrzeuge mit einem Hybridsystem aus Brennstoffzelle und Batterie sind im Grunde Elektrofahrzeuge, die Wasserstoff als Energiequelle nutzen. Der Strom entsteht dabei direkt im Flurförderzeug. Alle benötigten Komponenten sind im sogenannten Battery Replacement Modul (BRM) enthalten, dessen Abmessungen einem Standardbatterietrog entsprechen.
In den Stacks der Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft und erzeugt dabei Strom, Wasser und Wärme (kalte Verbrennung). Die entstehende Energie lädt eine integrierte Lithium-Ionen-Batterie. Sie dient als Pufferspeicher, versorgt das Fahrzeug im Normalbetrieb mit elektrischer Leistung und speichert den Strom, der beim Bremsen durch sogenannte Rekuperation zurückgewonnen wird. Erfordern intensive Einsätze besonders hohe Leistung, können die Stacks zusätzlich Energie direkt an das Fahrzeug liefern.
Da Fahrzeuge mit Brennstoffzellen nicht geladen, sondern betankt werden, entfallen die bei Elektrofahrzeugen üblichen Standzeiten an Ladegeräten oder Steckdosen.
Im täglichen Einsatz lassen sich die Fahrzeuge wie klassische Verbrenner handhaben: Nach wenigen Minuten an der Zapfsäule sind sie wieder voll einsatzfähig. Je nach Fahrzeugtyp reicht eine Tankfüllung für eine komplette Schicht.
Die Vorteile im Überblick
Wann lohnt der Einsatz von Wasserstoff?
Mehrschichtbetrieb
Durch den Wegfall der Batteriewechsel, die schnelle Betankung und das kontinuierliche Leistungsniveau des Energiesystems erhöhen Brennstoffzellen die Effizienz im anspruchsvollen Mehrschichtbetrieb. Damit ist die Technologie sowohl für Produktionsumgebungen als auch für intensive Logistikdienstleistungen, beispielsweise den Online-Versandhandel, interessant.
Lebensmittel- und Pharmaindustrie
In der Logistik der Lebensmittelindustrie spielen Hygienevorgaben wie "Hazard Analysis and Critical Control Points" (HACCP) eine zentrale Rolle. Auch in der Pharmabranche gelten die strengen Vorgaben etwa der "Good Distribution Practice" (GDP). Im Vergleich zu Bleisäure-Batterien entfallen bei Brennstoffzellen mögliche Verunreinigungen durch Säure oder andere Chemikalien.
Automobil- und Zulieferindustrie
Hohe Umschlaghäufigkeit und enge Zeit- bzw. Kostenvorgaben erfordern in der Automobil- und Zulieferbranche Flurförderzeuge mit hoher Verfügbarkeit und kontinuierlichem Leistungsniveau über alle Schichten hinweg. Diese Anforderungen die Brennstoffzellen-Technologie optimal.
Enge Raumbedingungen
Durch den Wegfall von Batterielade- und -wechselstationen lässt sich wertvoller Lagerraum gewinnen. Zudem schont das emissionsarme Energiesystem die Raumluft unter engen Platzbedingungen.
Alles auf H2: Lösungen von Linde
Bereits im Jahr 2000 haben wir bei Linde den ersten voll einsatzfähigen Gabelstapler mit Brennstoffzellenantrieb entwickelt. Knapp zehn Jahre später waren wir der erste Hersteller in Europa, der Wasserstofffahrzeuge in Serie produziert. Heute sind 80 Prozent unserer Baureihen auf Wunsch mit Wasserstoffantrieb verfügbar. Dazu zählen:
- Niederhubwagen
- Doppelstockbelader
- Hochhubwagen
- Kommissionierstapler
- Schlepper
- Schubmaststapler
- Gegengewichtsstapler
Brennstoffzellensystem „Linde HyPower“
Auch bei der Wasserstofftechnologie bietet Linde Komplettlösungen. Unsere Kunden erhalten Fahrzeuge, Brennstoffzellensysteme und den zugehörigen Service aus einer Hand. Im Linde-Entwicklungszentrum am Standort Aschaffenburg haben wird das 24-Volt-Brennstoffzellen-Hybridsystem Linde HyPower entwickelt, das dem Anwender zahlreiche Verbesserungen bietet:
- Leistungsfähige Stacks und große Li-ION-Batterie
- Konstant hohes Leistungsniveau
- Maximale Energie bei Spitzenbelastung
- Direkt einsatzbereit ohne Hochfahren
- Lange Lebensdauer des Gesamtsystems
- Besonders geräuscharmer Betrieb
- Optimale Integration in Linde-Fahrzeuge
Die neue Linde HyPower 24V Fuel Cell ist verfügbar für verschiedene Nieder- und Hochhubwagen, Doppelstockbelader, Kommissionierstapler und Schlepper.
Studie mit BMW Group bestätigt Wirtschaftlichkeit
Bei der Entwicklung von Flurförderzeugen mit Brennstoffzellen-Technologie setzt Linde Material Handling auf starke und erfahrene Partner. So wurde 2013 unter dem Namen "H2IntraDrive" gemeinsam mit der BMW Group und dem Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München eine umfassende Untersuchung der wirtschaftlichen und technischen Möglichkeiten gestartet.
Dafür kamen Flurförderzeuge mit Wasserstoffantrieb im Karosseriebau der BMW-i-Fahrzeuge in Leipzig zum Einsatz – über 20.000 Betriebsstunden lang. Das Ergebnis: Der gemeinsam entwickelte Wasserstoffantrieb ist heute schon marktfähig und unter bestimmten Bedingungen wirtschaftlich einsetzbar. In der Summe überzeugte die Technologie beim täglichen Einsatz in einem Produktionsumfeld mit ihrer hohen Verfügbarkeit sowie beim Einsatz von regenerativ erzeugtem Wasserstoff mit geringeren Umweltauswirkungen. Seit 2017 läuft eine weitere Studie unter dem Namen FFZ70.
Praxistest im Umschlaglager von DB Schenker
"E-LOG-BioFleet" heißt ein Gemeinschaftsprojekt von Linde Material Handling, Fronius International, DB Schenker, OMV, HyCentA Research und Joanneum Research. Dabei wurden in einem Umschlaglager von DB Schenker in Hörsching, Ö̈sterreich zehn Niederhubwagen mit Brennstoffzellen-Hybridantrieb und die erste Hallenbetankungsanlage für Wasserstoff in Europa im Praxistest erprobt.
Bei dem öffentlich geförderten Projekt konnten die Fahrzeuge bereits nach einer kurzen Einführungsphase voll in den Schichtbetrieb integriert werden. Den Grundleistungsbedarf erzeug auch hier die Brennstoffzelle, eine integrierte Lithium-Ionen-Batterie deckt hierbei die Leistungsspitzen ab und speichert die zurückgeführte Energie beim Abbremsen.
Durch eine optimierte Betriebsstrategie und die Rückgewinnung der Bremsenergie erreichte das System einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 53 Prozent. Gleichzeitig verursachte ein Fahrzeug über den gesamten Lebenszyklus ein Drittel weniger Treibhausgase als ein vergleichbares Fahrzeug mit Bleisäure-Batterie. Der Wasserstoff stammte aus reformiertem Biogas.
Von der Erzeugung bis zur Betankung: Linde betreibt eigene Wasserstoff-Infrastruktur
Seit Mai 2023 betreibt Linde am Standort Aschaffenburg eine eigene Wasserstoff-Infrastruktur. Auf dem Werksgelände wird per Elektrolyse aus zertifiziertem Grünstrom Wasserstoff produziert. Die Infrastruktur von Linde liefert Wasserstoff für die Betankung von 21 Stapler mit Brennstoffzellen-Hybridantrieb. Damit erweitert Linde sein Know-how rund um die Zukunftstechnologie Wasserstoff.
Wasserstofftechnologie in der Praxis
Studie mit BMW Group bestätigt Wirtschaftlichkeit
Bereits 2013 haben wir gemeinsam mit der BMW Group und dem Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der TU München die wirtschaftlichen und technischen Potenziale der Brennstofftechnologie getestet. Dafür absolvierten Flurförderzeuge mit Wasserstoffantrieb im BMW-Karosseriewerk in Leipzig über 20.000 Betriebsstunden.
Ergebnis: Der H2-Antrieb überzeugte durch hohe Verfügbarkeit und geringe Umweltbelastung. Schon damals war klar: Die Technologie ist marktfähig und unter bestimmten Bedingungen wirtschaftlich.
Effiziente Werkslogistik bei Mercedes-Benz
Unter dem Motto "Daimler Goes Green" testet Mercedes-Benz den Einsatz von Staplern mit Brennstoffzellenantrieb. Schauplatz ist hierbei das weltweit größte Sprinter-Werk in Düsseldorf. Hier werden die beliebten Transporter im Dreischichtbetrieb produziert.
Mit Hilfe der Wasserstofftechnologie lassen sich dabei Zeit und Personalaufwand für den Batteriewechsel einsparen. Innerhalb von nur drei Minuten ist die Brennstoffzelle wieder mit Wasserstoff gefüllt und der Stapler einsatzbereit. Damit schafft die Technologie ideale Bedingungen für reibungslose Schichtwechsel.
Ohne geht nichts
Eine Frage der Infrastruktur
Wasserstofffahrzeuge haben viele Vorteile, stellen aber auch hohe Ansprüche an die Infrastruktur. Der benötigte Wasserstoff wird entweder per Tanklastwagen oder Pipeline angeliefert oder vom Unternehmen direkt auf dem Firmengelände erzeugt. Wollen Unternehmen eigenen Wasserstoff herstellen, ist zusätzliche Energie für den Betrieb der Elektrolyse-Anlage nötig.
Allein für den Transport und die Lagerung müssen bestimmte Komponenten vorhanden sein wie beispielsweise Tanks, Rohrleitungen oder Hochdruck-Speicher.
Um Kosten zu sparen und den eigenen CO₂-Ausstoß zu reduzieren, kann der Strom aus werkseigenen Windrädern oder Photovoltaikanlagen genutzt werden. Grundsätzlich ist eine eigene Wasserstoffinfrastruktur mit umfassenden Maßnahmen und Investitionen verbunden. Flurförderzeuge mit Brennstoffzelle lohnen sich daher vor allem dann, wenn das Unternehmen bereits Wasserstoff für andere Zwecke einsetzt oder Wasserstoff als Nebenprodukt im Produktionsprozess entsteht.
Mit Wasserstoff zum optimalen Business Case
Die Brennstoffzellentechnologie ist prinzipiell einsatzbereit und stellt je nach Einsatzanforderungen für manche Unternehmen sogar das ideale Energiesystem dar. Die passende Lösung und die damit einhergehenden Investitionen müssen jedoch für jedes Unternehmen individuell ausgearbeitet werden. Dabei gelten für den wirtschaftlichen und effizienten Einsatz einige Voraussetzungen:
- Flottengröße: In der Regel entsteht ab dem Einsatz von rund 20 Fahrzeugen ein wirtschaftlicher Business Case.
- Infrastruktur: Bei einer bereits vorhandenen Wasserstoffinfrastruktur zum Betanken ist ein wirtschaftlicher Einsatz in der Regel möglich. Muss diese Infrastruktur zunächst noch geschaffen werden, ist die Wirtschaftlichkeit im Einzelfall zu prüfen.
- Fördermittel: Sofern für den Aufbau einer nachhaltigen, wasserstoffbetriebenen Flotte Fördermöglichkeiten bestehen, erhöht dies die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine tragfähige Lösung umsetzen lässt.
Investition in eine nachhaltige Technologie
Linde Material Handling betrachtet Brennstoffzellen als eine wegweisende Zukunftstechnologie. Aus diesem Grund integriert das Unternehmen entsprechende Lösungen schrittweise in neue Produkte. Damit entwickelt sich dieses außergewöhnliche Energiesystem nach und nach zu einem Alltagsprodukt, das vielerorts konventionelle Antriebe ersetzen wird.
