Sind Brennstoffzellen jetzt eine praktikable Option für Schulbusse?

Aug 31, 2023

Pegasus Specialty Vehicles und Hyperion sagen, dass der neue in der Entwicklung befindliche Schulbus mit Wasserstoff-Brennstoffzellen bisherige Markteintrittsbarrieren überwinden wird

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Molekül auf der Erde. In einer Brennstoffzelle kann es einen Elektromotor emissionsfrei antreiben. Doch Wasserstoff galt bisher nicht als beliebte Option für emissionsfreie Schulbusse, und die Unternehmen Hyperion und Pegasus Specialty Vehicles hoffen, diese Sichtweise zu ändern.

Wie Angelo Kafantaris, CEO von Hyperion, erklärt, ist Wasserstoff eine Möglichkeit, die Nachteile batterieelektrischer Schulbusse zu vermeiden – einschließlich der begrenzten Reichweite und der begrenzten Wiederaufladezyklen von Batterien – und das bei ähnlichen Kosten.

Hyperion und Pegasus starten eine Partnerschaft zur Produktion von Wasserstoff-Brennstoffzellenbussen mit dem Zeus Electric Chassis und hoffen, dass ihr Joint Venture Wasserstoff-Schulbusse irgendwann im Heimatstaat Ohio von Pegasus und dann im ganzen Land verbreiten wird. Ziel ist es, noch in diesem Jahr einen Prototyp fertigzustellen und 2024 mit der Produktion zu beginnen.

Im vergangenen Jahr eröffnete Pegasus eine Fabrik in Dunkirk, Ohio, um Komponenten für Diesel-, Benzin- und Elektrobusse herzustellen. Es ist geplant, Fahrgestelle und Antriebsstränge für Wasserstoffbusse hinzuzufügen. Wasserstoff „ist nur ein Teil davon, aber unserer Meinung nach wird er ein großer Teil sein“, sagte Pegasus-Präsident Brian Barrington.

Hyperion ist ein in Kalifornien und Ohio ansässiges Unternehmen, das Wasserstoff-Brennstoffzellen und Wasserstoffspeicher herstellt und gleichzeitig effizientere Wasserstoffbereitstellungs- und -speichertechnologien entwickelt, die die Reichweite von Fahrzeugen erhöhen, erklärte Kafantaris. Es wurde auch der Prototyp des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Hyperautos XP-1 hergestellt, das 1.000 mpg-e erreichen und in 2,25 Sekunden von null auf 60 Meilen pro Stunde beschleunigen kann.

Barrington sagte, er sei vom Konzept der Wasserstoff-Brennstoffzellen fasziniert, nachdem er die Mängel batterieelektrischer Busse erkannte, darunter Batterien, die bei starker Hitze oder Kälte nicht gut funktionierten, und Bedenken hinsichtlich der langfristigen Batterielebensdauer.

„Batterien sind darauf ausgelegt, mit der Zeit sparsam verwendet zu werden. Wenn man sie von oben bis unten nutzt, werden sie sehr schnell kaputt“, sagte Kafantaris. „Ein tertiäres Problem entsteht, wenn Leute eine Flotte batterieelektrischer Fahrzeuge haben möchten und Sie mehr Busse in Ihrer Flotte benötigen. Jetzt benötigen Sie mehr Strom, um die Busse anzutreiben … und es muss eine Umspannstation installiert werden … Das nimmt viel Zeit in Anspruch.“ Warten auf den Energieversorger. Es kann zwei Jahre oder länger dauern. Wenn man die Modernisierung des Tanknetzes plus Zeitverzögerungen berücksichtigt, ist Wasserstoff sinnvoller.“

Barrington sagte, dass batterieelektrische Busse zwar ideal für tägliche Schulbuslinien sind, insbesondere in städtischen Gebieten, Ausflüge auf dem Land und weit entfernte Landstrecken können jedoch eine Herausforderung oder unmöglich sein, insbesondere wenn sie im Optimalfall nur eine Reichweite von 120 Meilen haben Betriebsbedingungen.

„Wenn man anfängt, Berge zu besteigen, wenn man in ländlichere Gebiete vordringt, wenn die Schule in Dayton am Wochenende zu einem Basketballturnier nach Cleveland fahren muss, dann ist das mit [Batterie-]Elektrofahrzeugen nicht möglich“, sagte Barrington .

Aber ein Bus mit Wasserstoff-Brennstoffzellen könnte mit einer Tankfüllung eine Reichweite von 500 Meilen oder mehr erreichen, wobei die Brennstoffzelle über 10 Jahre hält, sagte Kafantaris.

Schwer fassbar und doch überall

Ein Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug speichert komprimiertes Wasserstoffgas oder flüssigen Wasserstoff in einem Tank und kombiniert diesen Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft in einer chemischen Reaktion, die einen Motor antreibt, der nahezu identisch ist mit den batteriebetriebenen Motoren in batterieelektrischen Fahrzeugen. Die einzigen Emissionen der Reaktion sind Wasserdampf und Wärme.

Doch obwohl Wasserstoff in der Atmosphäre allgegenwärtig ist, ist die Gewinnung von reinem Wasserstoff eine Herausforderung. Jahrzehnte nach der Entwicklung von Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen gibt es immer noch wenige Tankstellen. Eine Karte des Alternative Fuels Data Center zeigt 55 öffentliche Wasserstofftankstellen in den USA, fast alle in Kalifornien.

Befürworter gehen davon aus, dass die Wasserstoffproduktion und die Verfügbarkeit von Kraftstoffen dank staatlicher Unterstützung und zunehmender Anreize und Vorschriften zur Emissionsreduzierung zunehmen werden.

Anreize für emissionsfreie Fahrzeuge auf Bundes- und Landesebene gelten im Allgemeinen sowohl für Wasserstoff-Brennstoffzellen als auch für batterieelektrische Fahrzeuge, und das US-Energieministerium priorisiert die Wasserstoffproduktion und -verteilung, indem es bis zu 7 Milliarden US-Dollar für bis zu 10 saubere Wasserstoffzentren in der ganzen Welt ausgibt Land. Diese Hubs sind für industrielle Prozesse gedacht, nicht für den Transport. Dennoch gehen Experten davon aus, dass die Investition wahrscheinlich der gesamten Wasserstoffwirtschaft zugute kommen wird.

Wasserstoff-Brennstoffzellen werden zunehmend als wichtige Option für Langstreckenfahrzeuge wie Sattelschlepper und Lokomotiven angesehen, da Wasserstoff eine viel größere Reichweite und schnelleres Auftanken bietet als batterieelektrische Brennstoffzellen.

Eine Handvoll öffentlicher Verkehrsbetriebe haben ihre Flotten um Wasserstoffbusse erweitert, darunter Foothill Transit im Los Angeles County, wo Führungskräfte Wasserstoff als entscheidend für die Erreichung ihres Ziels ansehen, bis 2040 flottenweit emissionsfrei zu sein.

Foothill Transit hat letztes Jahr seine ersten Wasserstoff-Brennstoffzellenbusse auf die Straße gebracht und verfügt nun über 33 Busse, die den über mehr als 300 Quadratmeilen großen Landkreis bedienen. Die Busse des kanadischen Unternehmens New Flyer verfügen über 30-Kilogramm-Tanks für flüssigen Wasserstoff, und auf dem Bushof wird ein 25.000-Gallonen-Tank installiert.

Die erste Route für einen Wasserstoffbus war „eine stark beanspruchte Linie, eine lokale Route, die auch ein Krankenhaus, eine Bibliothek, eine Schule und ein anderes medizinisches Zentrum bedient“, sagte Foothill-Sprecherin Felicia Friesema. „Wir wollten es testen und auf Herz und Nieren testen. Wasserstoff-Brennstoffzellenbusse tanken in 10 Minuten und die Reichweite beträgt mehr als 300 Meilen, im Gegensatz zu den 150 Meilen, die wir mit batterieelektrischen Bussen ins Auge gefasst hatten. Diese beiden Dinge allein.“ Das bedeutete, dass es sich um ein viel kompatibleres Fahrzeug im Hinblick auf das Wesentliche unserer Dienstleistungen handelte, um Menschen sicher von Punkt A nach Punkt B zu bringen.“

Es gibt Skeptiker

Einige Verkehrsexperten und Bezirksleiter, die an der Spitze von emissionsfreien Bussen und Bussen mit alternativen Kraftstoffen stehen, sagten, dass sie Wasserstoff nicht als praktikable Option für Schulbusse sehen oder noch nie darüber nachgedacht haben.

Unterdessen sagte Ewan Pritchard, ein auf Transportwesen spezialisierter beratender Ingenieur, der im Juli auf der STN EXPO Reno eine Sitzung über die Herausforderungen der Elektrifizierung von Schulbussen moderieren wird, er glaube nicht, dass Wasserstoff eine praktikable Wahl für diese Branche sei.

„Wenn es schwierig ist, [mit Batterien] zu elektrifizieren, macht Wasserstoff Sinn“, sagte er und verwies auf Fracht und Luftfahrt. „Aber der Schulbus ist von allen Schwerlastfahrzeugen das am einfachsten zu elektrifizierende Fahrzeug. Der eigentliche Vorstoß für Wasserstoff liegt im Lkw-Fernverkehr. Es gibt nicht viele Zykluszeiten, in denen [ein Lkw] ausfällt und nicht genutzt wird.“ Diese Dinger legen 400 bis 500 Meilen zurück, dann halten Sie 15 bis 20 Minuten an und fahren dann wieder weiter. … Die meisten Schulbusse fahren weniger als 100 Meilen [am Tag].“

Pritchard gibt zu, dass er eine „Ingenieurvoreingenommenheit“ hat, wenn es um batteriebetriebene statt Brennstoffzellen geht, da er glaubt, dass erstere effizienter und kostengünstiger sind.

„Eine Brennstoffzelle verwendet eine Membran, um Elektronen von einer Seite zur anderen zu transportieren. Diese Membran wird mit der Zeit verschmutzen“, sagte er. „Die Lebensdauer dieser Membranen steht zur Debatte, ob man zwei Jahre oder acht oder zehn Jahre davon hat und sie ersetzen muss. Das ist vergleichbar mit dem Austausch der Batterien in einem Elektrofahrzeug.“

Pritchard sagte auch, dass die Installation von Wasserstofftankstellen sehr teuer sein kann und je schneller eine Tankstelle tankt, desto mehr Strom benötigt sie normalerweise, um das Gas schnell zu komprimieren. Abhängig vom lokalen Erzeugungsmix ist dieser Strom möglicherweise nicht sauber.

„Es ist ein bisschen wie ein Hütchenspiel, das mit Wasserstoff weitergeht, bei dem einzelne Teile des Puzzles wirklich toll aussehen können, aber wenn man das Ganze betrachtet, ist es nicht so toll“, sagte Pritchard.

Tanken und Sicherheit

Bezirke oder Busanbieter, die Wasserstoff-Schulbusse betreiben möchten, bräuchten eine Tankstelle an ihrem Heimatstandort, und in Zukunft könnten Wasserstofftankstellen entlang der Autobahnen verfügbar sein, sagte Kafantaris.

Hyperion wird die Lieferung von „grünem Wasserstoff“-Kraftstoff an Tankstellen anbieten, die es für Kunden vor Ort bauen würde, beginnend in Ohio. Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse erzeugt, um Wasser in Sauerstoff und reinen Wasserstoff aufzuspalten. Der für den Prozess verwendete Strom stammt aus emissionsfreien Quellen wie Wind und Sonne. Wasserstoff wird üblicherweise durch die Spaltung von Methangasmolekülen hergestellt, wodurch Kohlenstoffemissionen entstehen, die freigesetzt – d. h. der Prozess ist nicht emissionsfrei – oder gespeichert werden können. In zukünftigen Phasen plant Hyperion, beim Bau von Stationen zu helfen, bei denen vor Ort saubere Energie zur Herstellung von Wasserstoff genutzt wird, sodass keine Lieferung erforderlich ist.

Es wurden auch Sicherheitsbedenken gegenüber Wasserstoff-Brennstoffzellen geäußert, da diese häufig den Transport von komprimiertem Wasserstoff im Fahrzeug erfordern. Wasserstoffbefürworter sagen jedoch, dass es keine Sicherheitsprobleme gebe, insbesondere im Vergleich zu Benzin und Diesel.

Kafantaris sagte, Kohlenstofffaser-Wasserstofftanks seien buchstäblich kugelsicher. „Diese Panzer durchlaufen Lagerfeuertests und Falltests, man kann mit einem Hochleistungsgewehr immer wieder auf sie schießen. Sie platzen nicht“, sagte er. „Es ist sicherer als Benzin, das dazu neigt, auszutreten und andere Dinge in Brand zu setzen.“

Sollte es zu einem Leck kommen, „steigt Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 45 Meilen pro Stunde in die Luft und vermeidet so alles Brennbare“, sagte Kafantaris.

Bisher sagten Barrington und Kafantaris, dass sie eine begeisterte Reaktion von Schulbezirken und anderen potenziellen Kunden in verschiedenen Bundesstaaten erhalten hätten, lehnten es jedoch ab, Einzelheiten zu nennen.

„Es geht nur darum, es herauszubringen und zu beweisen, dass es echt ist“, sagte Barrington. „Dies ist im Wesentlichen ein Touch-and-Feel-Markt. Wir denken, dass [die Bereitstellung von Beispielen] alles ist, was nötig ist. Wir sagten zunächst, dass dies ein Spielveränderer sei. Jetzt ist es zu einem Spielzerstörer geworden.“

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