Das Ziel ist klar. 2030 sollen 60 Prozent der verkauften Fahrzeuge von Daimler Truck CO₂-frei unterwegs sein, neun Jahre später alle. Während die ehemalige Pkw-Schwester mit Stern zu diesem Zweck ausschließlich auf den batterieelektrischen Antrieb setzt, wollen die Truckies zweigleisig fahren und haben zusammen mit dem schwedischen Lkw-Bauer Volvo das Joint Venture Cellcentric gegründet, das die Wasserstoff-Brennstoffzelle serienreif machen soll.
Denn ganz ohne Wasserstoff gehe es nicht. "Gerade bei hohen Belastungen sei die Wasserstofftechnik den Batterie-Lkw überlegen", meint Felix Kaufmann. Er arbeitet mit seinen rund 30 Kollegen innerhalb der Vorentwicklung bei Daimler Trucks unter anderem an der Steuergerätesoftware, mit der die Brennstoffzellen-Lkw schon in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts in Serie gehen sollen. Heute sitzt er in einem der beiden Prototypen mit dem Namen GenH2 und fährt mit uns auf der Brennerautobahn – mit einem fast voll beladenen, rund 39,5 Tonnen schweren Sattelzug.
In 50 Sekunden auf 100 km/h
Als wäre der Sattelschlepper ohne Anhänger unterwegs, rollt der Wasserstoff-LKW mit seinen 4000 Nm maximalem Drehmoment und 600 bis 640 kW Spitzenleistung die österreichische A13 hinauf hin in Richtung Puig. Auch wenn es in der Praxis nicht relevant ist: Tempo 100 schafft der Prototypen-H2-LKW in rund 50 Sekunden, die 80 km/h wohl in rund 35 Sekunden, schätzt der Ingenieur. Natürlich habe der Ingenieursgeist und die Neugier bereits entsprechende Messungen veranlasst. Wie schnell er in Serie sein werde, sei noch nicht klar und auch bei der Spitzenleistung sei man sich noch nicht ganz sicher, meint Kaufmann. Aber genau das will er mit seinen Kollegen schließlich erproben.
Dafür haben sie einen regulären Diesel-Actros zerlegt. Ihm wurden Motor, Getriebe und Tanks entnommen und Brennstoff-Zelle, H2-Tanks, Batterie und E-Achse mit Zwei-Gang-Getriebe implantiert. Die Brennstoffzelle besteht aus zwei Stacks, die jeweils 120 kW Spitzenleistung liefern und entweder die Batterie oder den E-Motor an der Hinterachse mit Strom versorgen. Mindestens könne man 10 kW pro Stack abrufen. Der Gleichstrom der Brennstoffzelle läuft durch vier je 60 kW starke DC/DC-Wechselrichter, die die Spannung von 300 bis 450 Volt auf 800 Volt des Antriebs anheben.
Ölgekühlter Hochleistungsakku mit 50 kWh netto
Da die Brennstoffzelle ihre Leistung aber nicht beliebig schnell anpassen kann, im aktuellen Entwicklungszustand liegt sie bei etwa 10kW pro Sekunde, wird der Antrieb auch von einer Batterie unterstützt. Bei der Batterie handelt es sich um einen Hochleistungs-NMC-Akku aus 180 ölgekühlten Rundzellen, die zusammen eine nutzbare Netto-Kapazität von rund 50 kWh liefern. Brutto liegt die Energiemenge bei 74 kWh. "Die Differenz ist bewusst so groß gehalten, damit der NMC-Akku möglichst schonend behandelt wird", meint Jan Sailer, der ebenfalls an der Entwicklung des GenH2-Trucks arbeitet.
Schonend ist hier aber relativ zu sehen, denn auch wenn man die 74 kWh als Bezugsgröße anlegt, werden dem Akku in der Spitze Energie in einer C-Rate von fünf entnommen. Also etwa der fünffachen Leistung im Verhältnis zur Kapazität. Denn damit der E-Motor seine volle Leistung liefern kann, muss der kleine Akku rund 400 kW beisteuern. Ein bemerkenswerter Wert, schließlich strebt Mercedes wie bei den Dieselfahrzeugen Laufleistungen von 1,2 Millionen Kilometern an, innerhalb der die Akku-Technik einwandfrei und ohne Leistungseinbußen funktionieren muss.
Tiefgekühlter Flüssigwasserstoff sLH2 als Energiequelle
Während im reinen Akku-Betrieb nur etwa 25 Kilometer drin sind, will Mercedes mit der Wasserstoff-Brennstoffzelle Reichweiten von 1.000 Kilometer erreichen und damit fast das doppelte wie der rein batterieelektrische E-Actros Longhaul mit seiner 600 kWh-LFP-Batterie, den Daimler Trucks 2024 in Serie bringen wird. Möglich wird das aber wohl nur, wenn den Entwicklern bis dahin der Sprung von der heute gängigen 350-bar-Wasserstoff-Variante, die Mercedes bereits beim Bus Citaro im Einsatz hat, zum flüssigen Wasserstoff (sLH2-Technologie) gelingt. So könnten dann bis zu 80 Kilo Wasserstoff gespeichert werden und bei gleichem Volumen etwa die dreifache Energiemenge wie bei 350 bar (731 kWh/m³) im gasförmigen Zustand. Das Problem: Damit Wasserstoff flüssig wird, muss er auf eine Temperatur von unter minus 253 °C gebracht und in speziell isolierten Tanks gelagert werden. Außerdem gibt es aktuell noch keine einzige öffentliche Tankstelle in Deutschland, bei der der flüssige Wasserstoff verfügbar ist.
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Eine erste prototypische Tankstelle, die die Betankung mit Flüssigwasserstoff ermöglicht, wurde im Sommer 2022 im Daimler Trucks Entwicklungs- und Versuchszentrum in Wörth installiert. Erste Betankungen an der Pilotstation wurden schon durch geführt.
Linde und die Daimler Truck AG wollen die Technologie "öffentlich" entwickeln und an interessierte andere Unternehmen kommunizieren. Indem möglichst viele andere Unternehmen eigene Betankungs- und Fahrzeugtechnologien entwickeln, die den neuen Flüssigwasserstoff-Standard anwenden, soll ein globaler Massenmarkt für das neue Verfahren etabliert werden.
Im Video: Die neue Generation des Mercedes Actros
H2-Tankstellennetz in Deutschland noch dünn
Da sich die Technik für die Brennstoffzelle und das übrige Fahrzeug bei sLH2 aber nicht wesentlich von der eines H2-LKW mit 350-bar-Systems unterscheidet, hat Mercedes einen zweiten Diesel-Actros mit ebenjenem System ausgestattet. Für diese Technik stehen derzeit immerhin 17 der insgesamt 92 öffentlichen Tankstellen in Deutschland zur Verfügung – wobei sechs der 350-bar-Stationen laut der Website von H2mobility (h2.live) seit mehr als 24 h nicht funktionierten. "Für einen flächendeckenden Betrieb großer LKW-Flotten reicht das zwar noch nicht, aber für die Tests kommen wird gut hin", erklärt Sailer.
Rund 220 Kilometer schafft der Prototyp nach dem Volltanken. "Es handele sich dabei aber nicht um Tanks, die ans Fahrzeug angepasst sind", ordnet Sailer ein. Man habe einfach vorhandene Serientechnik verwendet und vier Drucktanks zwischen den Achsen untergebracht, beim Technikspender, dem H2-Bus Citaro, auf dem Dach untergebracht sind. Würde man die 350-bar-Technik für den Actros optimieren, so schätzt der Entwickler, käme man wohl auf 40 Kilo gasförmigen Wasserstoff und damit etwa 500 Kilometer mit einer Tankfüllung, beim Prototyp sind es nur 18 Kilo.
Großer Kühlturm hinter der Fahrerkabine
Neben der Entwicklung eines Tanks und dem Ausrollen einer eigenen Flüssig-H2-Tankstellen-Infrastruktur gilt es aber noch andere Probleme zu lösen, bis die Brennstoffzellen-Trucks in Serie gehen dürfen. Eines der drängendsten Fragen ist etwa die Kühlung. Die Brennstoffzelle will für den Betrieb eine Temperatur von 60 °C. Je nach Typ liefert sie aber nur einen Wirkungsgrad von 30 bis 60 Prozent. Das heißt, die übrige Energie wird ähnlich wie beim Verbrennungsmotor in Wärme umgewandelt und muss abgeführt werden.
Hierzu hat der Prototypen-Lkw hinter der Fahrerkabine einen großen Aufbau, mit sechs großen Lüftern und Kühlern. Links oben hinter der Kabine ist zudem der Auspuff untergebracht, der zwar keine giftigen Abgase aber jede Menge Wasserdampf ausstößt, wenn die Brennstoffzelle unter Volllast läuft – ein wenig wie bei einer Dampflock. Dass Auspuff nicht wie beim Diesel-Actros in Fahrbahnnähe untergebracht ist, hat einen einfachen Grund, so Felix Kaufmann: "Dieselabgase sind durchsichtig, der Wasserdampf nicht. Das könnte im aktuellen Prototypenstadium den ein oder anderen Verkehrsteilnehmer um uns herum sicherlich irritieren."
Fazit
Mit der Brennstoffzelle als Energiequelle für den elektrischen Antrieb lässt sich speziell im Nutzfahrzeugbereich den Nachteilen des E-Antriebes (Akkukosten und -gewicht) begegnen. Das Konzeptfahrzeug GenH2-Truck zeigt die Richtung auf, mit welcher der Schwerlastverkehr der Zukunft weg vom Dieselmotor kommen soll. Mit dem Linde-Konzern hat sich Mercedes eine wichtige strategische Partnerschaft gesichert.
