Wasserstoff - Erfahrungen, Status und zukünftige Herausforderungen

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Margarete Frank
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1 Wasserstoff - Erfahrungen, Status und zukünftige Herausforderungen Dipl.-Ing. Erich Ramschak Graz, 27.Feb Workshop Brennstoffzellen: Markteinführung, Markthemmnisse und F&E-Schwerpunkte im Rahmen des Implementing Agreement on Advanced Fuel Cells

2 CO 2 -Gesetzgebung bewirkt eine Änderung und Diversifizierung von Antriebstechnologien erforderliche CO2 Reduktion verpflichtender Durchschnittswert für OEMs in EU (gewichtsabhängig) Ø 130 gco 2 /km - 27% Ø 95 gco 2 /km + super credits <50gCO 2 /km - 46% (zu 2015) Ø ca. 70 gco 2 /km? Stadt Überland optimierte VKM Leichtbautechnologien Energiemanagement Reibungsoptimierung Bifuel CNG, LPG syn./agro Treibstoffe Starter-Generator- Systeme 12V/48V start-stopp MHEV FHEV PHEV FCEV REEV BEV / Antriebs- und Speichertechnologien bringen den größten Beitrag zur CO 2 Reduktion 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 2

3 Fahrzeughersteller mit BZ-Technologien Kosten von Material bis Gesamtsystem Lieferantenkette qualifizierte Zulieferer mit automotiven Standards Infrastruktur H 2 Tankstellen in Reichweite Markteinführung zwischen 2013 und 2020 in Regionen mit H2 Tankstellen (EU,USA,JP,S-Korea) Hyundai Daimler Toyota Honda Nissan 201x GM Ford BMW VW Gruppe, Volvo, Suzuki, PSA, KIA, SAIC, Lexus: keine Angaben Kooperation Kooperation Kooperation Kosten, Infrastruktur und qualifizierte Lieferantenkette bestimmen Erfolg der Markteinführung 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 3

4 Rückblick: 22 Jahre Wasserstoff-Speichersysteme Kryospeicher für BMW H7 (100 Stk.) Kryospeicher für Busse Leichtbau- Kryotank Kryotank Aeronautik Flachtank 700bar Typ4 Speicher (200 Stück) Ariane 5 Treibstoffleitungen erster Start Patente & Anmeldungen 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 4

Gasförmige H 2 Tanksysteme von MS in Fahrzeugen 350bar H 2 Speicherkonzept, Packaging & Integration Aston Martin Hybrid Hydrogen Rapid S (ICE) 700bar H 2 Speichersysteme für Mercedes-Benz F-CELL

5 Gasförmige H 2 Tanksysteme von MS in Fahrzeugen 350bar H 2 Speicherkonzept, Packaging & Integration Aston Martin Hybrid Hydrogen Rapid S (ICE) 700bar H 2 Speichersysteme für Mercedes-Benz F-CELL (FCV) MILA Show Car Konzept-Studie, Integration gasförmige Speicher Erprobung im 24h-Rennen am Nürburgring 2013 Speichersystem: Qualifikation, Validierung, Zertifizierung Kleinserienfertigung, Wartung Opt. Bauraumausnutzung vs. optimale H 2 Speicherkapazität Praktische Flottenerfahrung mit 350 bis700bar in verschiedenen Anwendungen 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 5

Integrationsstudie: Machbarkeit von 700bar H 2 Tanks in einem SUV RB: SUV Plattform unter Einhaltung der strukturrelevanten Randbedingungen Berücksichtigung

3 Behälter 2 900 200 16.2 Behälter 3 1245 304 53.9 Gesamtvolumen [L]: 96.4 Masse [kg H2@700bar]: 3.

6 Integrationsstudie: Machbarkeit von 700bar H 2 Tanks in einem SUV RB: SUV Plattform unter Einhaltung der strukturrelevanten Randbedingungen Berücksichtigung von Bodenfreiheit, Bauräume und Abstände für H 2 Nebenkomponenten optimale H 2 Behältergeometrien L [mm] D [mm] V_innen [L] Behälter Behälter Behälter Gesamtvolumen [L]: 96.4 Masse [kg H2@700bar]: 3.86 Ziel: 500km praktische Reichweite (>5kgH 2 ) Hohe Speicherkapazität von Wasserstofftanks ist wichtiger Aspekt für die erzielbaren Reichweiten 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 6

F&E Fahrzeugprojekt: Reichweitenoptimiertes E- Van Konzept mit Brennstoffzelle 20kW PEMFC 300km Reichweite emissionsfrei adaptive Betriebsstrategie Li-Ionen Batterie

FCEV Gewichtsreduktion Kurze Betankungszeit (<5min) Erhöhung von Höchstgeschwindigkeit Verbesserte Nutzung elekt. Nebenverbraucher (Klimatisierung etc.

7 F&E Fahrzeugprojekt: Reichweitenoptimiertes E- Van Konzept mit Brennstoffzelle 20kW PEMFC 300km Reichweite emissionsfrei adaptive Betriebsstrategie Li-Ionen Batterie Emissionsfreie Erhöhung der Reichweite (3x BEV mit einer Tankfüllung) Kostenvorteil gegenüber BEV bzw. FCEV Gewichtsreduktion Kurze Betankungszeit (<5min) Erhöhung von Höchstgeschwindigkeit Verbesserte Nutzung elekt. Nebenverbraucher (Klimatisierung etc.) Einsatz als Personen-VAN sowie Logistikfahrzeug Kooperationsprojekt Verkleinerung der Batteriegröße (vs. BEV) und BZ-Leistung (vs. FCEV) Kostenvorteil FC REEV 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 7

8 Möglichkeiten zur Funktionsabsicherung des FC REEV Demonstrators bei MS Betankungsversuche mit Wasserstoff Antriebsstrangprüfungen, Hydropuls Fahrzeugtests auf Rolle mit vollständiger Klimatisierung Teststrecke mit Schlechtwegerprobung, Steigung, Wattiefe Prototypenbau Wartungs- & Reparaturanlagen mit H 2 Sicherheitseinrichtungen Anlagen mit H 2 Zertifizierung für Integration, Test und Validierung von H 2 -Fahrzeugen 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 8

H 2 Speichersysteme von Magna Steyr H 2 Komponentenentwicklung Typ 4

Systementwicklung Systemabsicherung und Zertifizierung Fertigung mit hohen QS

Fahrzeugvalidierung & H 2 Sicherheit Serviceumfang: Entwickeln, Testen, Validieren

9 H 2 Speichersysteme von Magna Steyr H 2 Komponentenentwicklung Typ 4 Faserverbund-Behälter und Ventil- /Druckregelkomponenten bis 700bar GH 2 Systementwicklung Systemabsicherung und Zertifizierung Fertigung mit hohen QS Standards Fahrzeugintegration von H 2 -Tanks Bauraumoptimierung, Integration, PT-Bau, Fahrzeugvalidierung & H 2 Sicherheit Serviceumfang: Entwickeln, Testen, Validieren und Integrieren von H 2 Speichersystemen 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 9

10 Serienfertigung von 700 bar H 2 Tanksystemen Qualitätssicherung auf Komponentenebene Teilsystem- und Systemaufbau QS Endkontrolle z.b. Lecktests Wartung und Reparatur Fehleranalyse und Optimierung Serienfertigung mit automotiven QS-Standards, praktische Flottenbetriebserfahrung ca. 2 Mio. km 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 10

11 Anforderungen an Wasserstoffspeicher Serienfertigung Automotive Fertigungsprozesse In-Line und EoL-Tests z.b. schnelles Entleeren von Inertgas, Dichtigkeitstests, Bauraum & Gewicht funktionale Sicherheit & Lebensdauer Optimierung von Wandstärken Systemgeometrie d.h. Behälterauslegung, Anzahl und Geometrien Komponenten Auswahl von CFK Material: Qualität vs. Gewicht und Kosten Permeation, Liner-Boss Dichtung Lifetime Monitoring Festigkeit über Druckzyklen Innere & äußere Leckagen Betriebsdauer Umweltaspekte Recycling (eco-design) Materialauswahl Herstellkosten /kgh 2 Speicherkapazität kgh 2 /Systemgröße Sicherheit QS-Prozess Lösungsansatz: Qualifizierte Lieferantenkette, Anwendung v. Regelwerken &Standards, umfassende Testlabors 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 11

12 Absicherung von Hochdruckbehälter Druck- und Bersttests Absicherung Festigkeit Falltests Absicherung Strukturfestigkeit und Dichtigkeit Beschusstest Absicherung Strukturfestigkeit Hydraulische Zykliertests Absicherung Dauerfestigkeit Leck- und Permeationstests Absicherung Langzeitverhalten Brandtests Absicherung Brandsicherheitseinrichtungen (Fremdfeuer) Eigene vor Ort Möglichkeiten zur Absicherung von 700 bar H 2 Hochdruckbehälter 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 12

Status der 700bar H 2 Tankentwicklung bei Magna Steyr

Zulieferer PKW System Entwicklung & Industrialisierung von Magna

Entwicklung & Industrialisierung multifunktionaler Rahmen von

Bauraum Kostenoptimierung Steigerung Funktionalität Generation 1

13 Status der 700bar H 2 Tankentwicklung bei Magna Steyr Wertschöpfung, Stückzahlen PKW (MB F-Cell) Hauptkomponenten von Zulieferer PKW System Entwicklung & Industrialisierung von Magna Steyr mit strategischen Partnern PKW-/Bus-/kleinLKW System Entwicklung & Industrialisierung multifunktionaler Rahmen von Magna Steyr mit strategischen Partnern Reduktion von Gewicht Bauraum Kostenoptimierung Steigerung Funktionalität Generation 1 Generation 2 Generation 3 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 13

14 Generation 2 H 2 -Speichersystem Behälter aus Eigenentwicklung/ 1:2 Behältervolumenspreizung/ neueste Behälterventil-& Druckreglertechnik 700bar Zweibehältersystem mit verbesserter Funktionalität und neuester Ventiltechnik E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 14

Ausblick auf optimierte H 2 Speichertechnologien von Magna Steyr Generation 3 - multifunktionales Rahmenkonzept hohe Funktionsintegration weniger Komponenten schnelle Befüll-&

Reduzierte Lecktests optimierte Steifigkeit flexibles Rahmenkonzept Hohe Speicherkapazität weniger Masse und geringeres Volumen Skalierbarkeit Anwendung in unterschiedlichen

15 Ausblick auf optimierte H 2 Speichertechnologien von Magna Steyr Generation 3 - multifunktionales Rahmenkonzept hohe Funktionsintegration weniger Komponenten schnelle Befüll-& Entleerzeit Inertgas-Reinigung, H 2 Erstbefüllung Fertigungsoptimiertes Design wenig Schnittstellen (Fittings), integrierte Komponenten schnelle Fertigung Kurze EoL Testzeit Reduzierte Lecktests optimierte Steifigkeit flexibles Rahmenkonzept Hohe Speicherkapazität weniger Masse und geringeres Volumen Skalierbarkeit Anwendung in unterschiedlichen Derivaten bzw. Plattformen Konzept für mehr Funktionalität, Speicherdichte und weniger Herstellkosten 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 15

16 Zusammenfassung Aktuelle Entwicklungsziele bei H 2 Speicher sind primär niedrige Herstellkosten und hohe Speicherkapazitäten FCH Aktivitäten von MAGNA STEYR sind auf Qualifizierung und Vorbereitung des nahen Markteintritts von OEMs zwischen 2015 bis 2020 ausgerichtet 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 16

Kontakt: Dipl.-Ing. Erich Ramschak Email: erich.ramschak@magnasteyr.

17 Kontakt: Dipl.-Ing. Erich Ramschak The future is ours to create MAGNA STEYR offers mobility solutions of the future 27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 17

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