Vor 30 Jahren beginnt die Brennstoffzellenforschung für mobile Anwendungen

• Aus einem Vorschlag wird rasch das konkrete Projekt einer Antriebsentwicklung
• Startschuss im Februar 1991
• 1994 stellt Mercedes-Benz das weltweit erste Fahrzeug vor – NECAR „New Electric Car“

Die Automobilität wird immer elektrischer. Mercedes-Benz fährt derzeit und in den kommenden Jahren mehrgleisig in diese Richtung: Die Marke bietet insbesondere bei den Personenwagen und mit kontinuierlich wachsenden Anteilen batterieelektrische Fahrzeuge sowie Plug-in-Hybridmodelle an. Nutzfahrzeuge der Daimler Truck AG werden – ergänzend zu rein batterieelektrisch angetriebenen Lastwagen und Bussen – die Brennstoffzelle als Energielieferant erhalten: Lkw werden in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts in Serie gehen, Kundenerprobungen sind für 2023 geplant. Und bei Stadtlinienbussen stehen Kundeneinsätze im Realversuch ebenfalls bevor. Das Kraftwerk an Bord erzeugt den Strom aus Wasserstoff. Bei dieser Technologie blickt das Unternehmen auf umfangreiche Erfahrungen zurück. Die Brennstoffzellenforschung wurde vor 30 Jahren aufgenommen.

Am 25. Februar 1991 beginnt mit einem Projektvorschlag der damaligen Konzerngesellschaft Dornier GmbH in Friedrichshafen die Entwicklung eines Brennstoffzellenaggregats als Antrieb eines Elektrofahrzeugs. Es ist die Ära des „integrierten Technologiekonzerns“: Unter diesem Leitbild vereint die damalige Daimler-Benz AG mehrere Unternehmen unterschiedlicher Branchen. So bereichern beispielsweise Gebiete wie Digital- und Computerelektronik sowie Raumfahrt den Wissenspool des Konzerns und damit auch das angestammte Gebiet der Automobiltechnik.

Dornier entwickelt Systeme für die bemannte Raumfahrt, unter anderem eine zur Energieversorgung genutzte AFC-Brennstoffzelle (Alkaline Fuel Cell). In den 1980er-Jahren kommt eine neue Brennstoffzellentechnologie auf, die protonenleitende PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC). Sie arbeitet mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen zwischen 60 und 120 Grad Celsius. Das macht ihre Verwendung als Energiewandler in Elektroautos denkbar, um aus Wasserstoff elektrischen Strom zu erzeugen. Genau das schlagen die Entwickler innerhalb des Konzerns vor. Doch die Idee wird erst einmal abgelehnt – die Zeit ist offenbar noch nicht reif dafür.

Rückenwind bekommt das Vorhaben im Jahr 1991: Prof. Hartmut Weule hat kurz zuvor die Leitung des Forschungsbereichs von Daimler-Benz übernommen. Er selbst ist zwar skeptisch gegenüber der Brennstoffzelle im Automobil, hat jedoch Zutrauen in die Einschätzung seiner Experten. Daher akzeptiert er den Projektvorschlag, ein Brennstoffzellenaggregat für ein Elektrofahrzeug zu entwickeln.

Nur zwei Jahre Entwicklungszeit für den ersten Demonstrator

Das ist das Startsignal für die Ingenieure. Innerhalb weniger Wochen erarbeiten sie ein konkretes Konzept für ein Antriebsmodul und stellen es Weule vor. Dieser gibt im November 1991 den Weg für den Bau eines Demonstrators frei und bewilligt Mittel für zwei Jahre. Das ist nicht sehr lang für die Entwicklung einer Technologie, die es in dieser Ausführung noch nie gegeben hat. Doch das Ziel der emissionsfreien Mobilität ist verlockend: Den Strom für den Fahrmotor erzeugt die elektrochemische Umwandlung von Wasserstoff, wobei als Reaktionsprodukt mit Luftsauerstoff lediglich Wasser entsteht.

Der weitere Verlauf ist Geschichte, der Entwicklungssprint gelingt. Am 13. April 1994 stellt das Unternehmen der Öffentlichkeit das NECAR vor, das „New Electric Car“. Zu diesem Zeitpunkt hat das wegweisende Fahrzeug bereits mehrere Tausend Kilometer auf dem Tachometer. Denn fertig ist es seit Dezember 1993 und fährt seitdem störungsfrei. Das ist ein weiterer Meilenstein in der Innovationsgeschichte von Mercedes-Benz.

Ein Transporter des Typs Mercedes-Benz MB 100 wird zum rollenden Labor für die Zukunftstechnologie. Nicht, weil damals die Nutzfahrzeuganwendung im Vordergrund steht. Sondern, weil das Antriebsmodul rund 800 Kilogramm wiegt und noch sehr viel Platz benötigt – es nimmt fast den gesamten Laderaum ein. Das Fahrzeug erfüllt seine Mission. Es zeigt, dass der Brennstoffzellenantrieb für Automobile geeignet ist. Mit einer Tankfüllung Wasserstoff kommt NECAR rund 130 Kilometer weit. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 90 km/h. Der Elektromotor leistet 30 kW (41 PS). NECAR ist ein Meilenstein. Heute steht es im Mercedes-Benz Museum in Stuttgart.

Das Unternehmen geht den Weg weiter. Die Entwicklungsschritte in den Folgejahren machen die Brennstoffzellentechnologie alltagstauglicher. Beispielsweise lassen sich alle Komponenten immer besser in Fahrzeugen integrieren, die Leistung steigt, und die Kaltstartfähigkeit verbessert sich. Jedes Mercedes-Benz Brennstoffzellenfahrzeug in den Folgejahren dokumentiert die Entwicklungsfortschritte. Auch Nutzfahrzeuge erhalten die innovative Antriebstechnik. Zusätzlich wird sie in Bussen im regulären Linieneinsatz erprobt – mit Premiere im NEBUS (New Electric Bus) im Jahr 1997. In den Folgejahren sammelt Mercedes-Benz mit mehreren Dutzend Stadtbussen auf Basis des Citaro wertvolle Erkenntnisse im Linieneinsatz in zahlreichen Metropolen in Europa, Australien und China.

Auf der Internationalen Automobil-Ausstellung 2017 (IAA) in Frankfurt am Main präsentiert Mercedes-Benz die Vorserienversion des GLC F-CELL. Dieses weltweit erste Elektrofahrzeug mit Brennstoffzelle und Plug-in-Hybridtechnologie wird ab 2018 zunächst von Flottenkunden und ab 2019 auch von weiteren Geschäfts- und Privatkunden eingesetzt. In nur drei Minuten lassen sich die Tanks des Fahrzeugs mit Wasserstoffgas bei 700 bar Druck füllen. Die wasserstoffbasierte Reichweite des 155 kW (211 PS) starken Elektrofahrzeugs beträgt rund 430 Kilometer im NEFZ, dazu kommen im Hybridmodus noch einmal rund 50 Kilometer mit Strom aus der Batterie.

Die Brennstoffzelle in Nutzfahrzeugen

Die Daimler Truck AG konzentriert sich auf die weitere Entwicklung und Anwendung der Brennstoffzelle in schweren Lkw und Stadtbussen. In batterieelektrisch angetriebenen Linienbussen eignet sich die Brennstoffzelle ideal als Range Extender zur Verlängerung der Reichweite. In Lkw ist sie für flexible und anspruchsvolle Fernverkehrseinsätze von bis zu 1.000 Kilometern und mehr prädestiniert – dank der Betankung mit flüssigem Wasserstoff. Im Jahr 2020 feiert die Daimler Truck AG die Weltpremiere des Brennstoffzellenkonzept-Lkw Mercedes-Benz GenH2 Truck. Der Serienstart soll in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts folgen. Ebenfalls im vergangenen Jahr gründet die Daimler Truck AG die Daimler Truck Fuel Cell GmbH & Co. KG zur Bündelung aller konzernweiten Brennstoffzellenaktivitäten. Mit in der Geschäftsführung ist neben Dr. Andreas Gorbach Prof. Christian Mohrdieck, der seit mehr als zwei Jahrzehnten die Brennstoffzellenaktivitäten bei Daimler in diversen Führungspositionen verantwortet und aktiv vorantreibt. Die Daimler Truck Fuel Cell GmbH & Co. KG soll in ein Joint Venture mit der Volvo Group überführt werden. Eine verbindliche Vereinbarung haben die Volvo Group und die Daimler Truck AG Ende des Jahres 2020 unterzeichnet. Ziel ist die serienreife Entwicklung, Produktion und Vermarktung von Brennstoffzellensystemen. Zusätzlich zum Einsatz in schweren Lkw sollen die Systeme auch für andere Anwendungen angeboten werden.