Hochschule erweitert Fuhrpark: Lastenfahrrad mit Wasserstoffantrieb

Gerade ein Lastenfahrrad bietet sich für den Antrieb mit Wasserstoff an, schließlich erfordert es besonderen Kraftaufwand – und es bietet in seiner Transportbox Platz für einen Wasserstofftank. Wo dieser untergebracht sein soll, wie groß er sein sollte, welche Ventile und Vorrichtungen zur Druckminderung nötig sein werden, wie die Antriebskraft der Brennstoffzelle zum Akku gelangt – all das hat Michael Steinherr in seinem Projekt im Masterstudiengang Automotive Systems Engineering erarbeitet. „Es hat sehr viel Spaß gemacht, ein Projekt ganz von Beginn bis zum Abschluss alleine durchzuführen“, sagt er im Rückblick. An die Arbeitszeit darf er dabei nicht denken – „einiges mehr als 300 Stunden“, sagt der Student. Schließlich hat er sich nicht nur den technischen Herausforderungen gestellt, sondern auch rechtliche Vorgaben und Zulassungsbedingungen mit dem TÜV geklärt. Und mögliche weitere Nutzungswege: So hat Steinherr auch mit der Konstanzer Initiative TINK über deren Anforderungen an elektrifizierte Lastenfahrräder diskutiert.

Steigerung der Reichweite

Prof. Dr. Udo Schelling, der selbst im Masterstudiengang eine Vorlesung zu Wasserstoff und Brennstoffzellen anbietet und einer der Väter der Wasserstoff-Anlage an der HTWG ist, hatte die Aufgabe ausgeschrieben. „Durch die Ergänzung mit Wasserstoffantrieb kann die Reichweite des Pedelecs weiter gesteigert werden. Und: Ein Wasserstofftank ist innerhalb von Sekunden gefüllt – kein Vergleich zur Ladezeit eines Akkus“, sagt er zur Begründung.

Michael Steinherr hat mehrere Alternativen durchgespielt, sich dann schließlich nach Nutzwert- und Kostenanalyse für den Umbau eines elektrifizierten, zweispurigen Lastenfahrrads entschieden. Das umgerüstete Pedelec ist nun70 Kilogramm schwer und erreicht bei voller Auslastung mit Tank und Akku eine theoretische Reichweite von 150 Kilometern. „Ein weiterer Vorteil: Beim Pedelec besteht keine Zulassungspflicht sowie keine Versicherungs- und Helmpflicht, dafür ist die Geschwindigkeit  auf 25 km/h beschränkt“, erläutert Steinherr.

Der Student hat die Brennstoffzelleneinheit in die Transportbox integriert: Darin befinden sich der zwei Liter große Wasserstofftank, ein Absperrsystem, um das System gasdicht schließen zu können und ein  Druckminderer, schließlich muss der Druck von 300 bar im Wasserstofftank auf 0,5 Bar für die Brennstoffzelle minimiert werden. Die von der Brennstoffzelle erzeugte Leistung wird an den Akku weitergleitet.

Der Tank kann an der Wasserstofftankstelle der Hochschule gefüllt werden, die 2015 eröffnet wurde. Der Wasserstoff wird in einem Elektrolyseur in der Hochschule hergestellt, der wiederum mit Energie aus der hauseigenen Solaranlage gespeist wird. Der Pedelec-Antrieb gänzlich aus regenerativen Energien ist so also gesichert.

Potential gerade im städtischen Umfeld

Steinherr sieht deshalb großes Potential in Lastenrädern: „Sie haben gerade im städtischen Umfeld viele Vorteile: Sie helfen dabei, das Verkehrsaufkommen, Lärmbelästigung und den Ausstoß schädlicher Emissionen zu reduzieren.“ Und mit einem erleichterten Antrieb könnte die Akzeptanz der Räder bei den Nutzern weiter steigen. „Die im Rahmen dieser Ausarbeitung entwickelten Konzepte und Maßnahmen stellen deutlich heraus, welches Potential in der Brennstoffzellentechnik in Verbindung mit elektrifizierten Lastenfahrrädern steckt und ist ein Beispiel für ein nachhaltiges Mobilitätskonzept im innerstädtischen Transportsektor“, schreibt er in der Zusammenfassung seiner Arbeit.

Doch bis es soweit ist, ist noch weitere Entwicklungsarbeit nötig. Die Beschränkungen durch den TÜV sowie ein geringes Angebot an benötigten Komponenten am Markt hatten Michael Steinherr die Realisierung erschwert. Zum Teil war er auf Spezialanfertigungen angewiesen, die er in den Werkstätten der Hochschule, aber auch in den Niederlanden oder in Tschechien in Auftrag geben musste. Als Gesamtbudget standen ihm 6000 Euro zur Verfügung. Trotz aller unerwarteten Sonderaufwendungen hat er es geschafft, knapp darunter zu bleiben.

Als weiteres Vorgehen empfiehlt Michael Steinherr, eine geeignete Regelung zu implementieren, die das Energiemanagement der Brennstoffzelle und des Akkumulators regelt, wie auch die Optimierung des Wasserstoffmoduls und der elektrischen Einheit – ein weiteres Studienprojekt, dem sich nun Urs Gumbel aus dem Masterstudiengang Mechatronik widmen wird. (aw)

Das Projekt Lastenfahrrad mit Brennstoffzellenantrieb im Kurzfilm: www.youtu.be/tLtWaIJq0eQ