Der Diesel ist der Maßstab. So viel stand fest, als Cellcentric im Jahr 2020 antrat, um ein Brennstoffzellenaggregat für den Schwerlastverkehr auf der Langstrecke zu entwickeln. Dort, so hatte man ausgemacht, liegt der Sweet Spot für die Brennstoffzelle. Transporte auf der letzten Meile im Stadtgebiet lassen sich gut mit Elektrofahrzeugen abdecken. Bei schwereren Fahrzeugen und einigen Hundert Kilometern Strecke, wie bei der Müllabfuhr, punkten H2-Motoren mit ihren vergleichsweise geringen Anschaffungskosten. Erst auf der Langstrecke, wo die Kilometer nur noch durch die Pausenzeiten der Fahrer limitiert sind, fährt die Brennstoffzelle wirklich auf. Denn dort steigt die Bedeutung der Treibstoffkosten im Vergleich zur Investition, erklärt Head of Sales, Marketing und Kommunikation, Joachim Ladra, die Strategie.
Mittlerweile arbeiten über 500 Personen bei Cellcentric an diesem einen Produkt: dem Brennstoffzellenaggregat, das in der Lage sein soll, einen Dieselmotor zu ersetzen. Das Aggregat soll genau in den Bauraum passen, den ein 13-Liter-6-Zylinder Dieselmotor einnimmt. Es soll eine vergleichbare Leistung bringen und es soll auf ähnliche Reichweiten kommen. Und mit der nächsten Generation, die Cellcentric auf der Hannover Messe 2026 vorstellen will, könnte das geschafft sein.
Der Weg dahin war lang und begann genau genommen in den 1990ern. In der Halle der Pilotfertigung in Esslingen steht das erste Brennstoffzellenfahrzeug, das es jemals auf öffentliche Straßen geschafft hat – das Necar1 von Mercedes-Benz. Der gesamte Laderaum des Transporters ist mit Tanks, Leitungen und Ventilen gefüllt, und trotzdem zuckelte es mit seinen 30 kW bestenfalls mit Tempo 80 über die Autobahnen.
Vom Necar1 zur Next Generation
Der heutige Stand der Technik ist von den Anfängen viele Meilen entfernt. Es ist seit mehreren Jahren möglich, einen Lkw von kommerziellen Unternehmen auf einen Brennstoffzellenantrieb umrüsten zu lassen. Doch das ist ein sehr kleinteiliges Unterfangen, bei dem die Spezialisten für jede Komponente den besten Platz im Fahrzeug suchen müssen. Bei Bussen kommt der Tank meist aufs Dach, bei Lkw hinter die Fahrerkabine. Die ersten Wasserstoff-Lkw in Serie stellte Mitbewerber Hyundai im Jahr 2020 vor. In der jüngsten Variante aus dem Jahr 2025 kommen diese auf Reichweiten über 700 km. Die Leistung des Brennstoffzellenaggregats liegt allerdings bei 180 kW. Das ist deutlich weniger als der verbaute 350-kW-Elektromotor. Die volle Motorleistung kann also nur abgerufen werden, wenn die Brennstoffzelle vorausschauend eine Pufferbatterie aufgeladen hat.
Auch bei Cellcentric produzierte man zuletzt BSZ-Aggregate mit 150 kW Leistung. Jeweils zwei von ihnen haben in den Fahrzeugen von Daimler Truck öffentlichkeitswirksam gezeigt, dass man mit einem vorausschauenden Batterie-Management auch mit dieser Leistung über die Alpen kommt.
Doch in der neuen Generation soll der Sprung auf bis zu 375 kW gelingen – natürlich im gleichen Bauraum. Mit dieser Zahl lehnte sich Cellcentric in einem Paper beim Wiener Motorensymposium aus dem Fenster – und wird sich im April daran messen lassen müssen. So soll die Brennstoffzelle dann den Elektromotor dauerhaft mit der vollen Leistung versorgen können.
Die zweite Verbesserung liegt in der Effizienz, oder andersherum im Kraftstoffverbrauch. Dieser soll um 20 Prozent im Vergleich zum Vorgängermodell sinken. „Bei Wasserstoffpreisen unter 8 Euro werden dann auch die Total Cost of Ownership interessant“, sagt Ladra.
Der dritte Knackpunkt ist die Kühlung. Überhitzen die Zellen für längere Zeit, degenerieren sie. Die Kühlung ist technisch kein Hexenwerk, braucht aber Platz und kostet Geld. Die Wasserstoff-Lkw von Daimler Truck, in denen die bisherige BSZ-Generation verbaut war, haben daher ein verlängertes Zugfahrzeug, in dem die Kühlung untergebracht ist. Da die Gesamtlänge durch die Zulassung begrenzt ist, geht das zu Lasten der Ladung. Die neue Generation hat eine um 40 Prozent geringere Kühllast, heißt es, da sie unter anderem deutlich höhere Temperaturen verträgt. Damit passt die Kühlung in den normalen Bauraum des Fahrzeuges.
Maßgeblich für mehrere dieser Verbesserungen ist, dass Cellcentric nun auf ein einzelnes Brennstoffzellensystem mit größeren Zellen setzt. Die drei enthaltenen Stacks arbeiten bei einer höheren Spannung, was bei gleicher Leistung zu geringerer Stromstärke und damit zu weniger Verlusten in Form von Wärme führt. Auch die Zusammensetzung des Katalysators hat sich weiterentwickelt.
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Fabrik wird gerade umgebaut
All diese Verbesserungen überführt Cellcentric nun in die Pilotfertigung in Esslingen, die sich gerade mitten im Umbau befindet. Manche Stationen sind schon fertig, an anderen wird noch gebaut. Am Anfang der Fertigungslinie steht die „große Küchenmaschine“, wie Ladra den Metalltank scherzhaft nennt. Er fasst 100 Liter. Darin mischt Cellcentric seine Tinte für die Kathoden- und Anodenbeschichtung. Enthalten sind Platin, Iridium und Lösungsmittel. Wesentlich mehr erfährt man nicht von Ladra. „Das ist unser Coca-Cola-Rezept. Nur eine Handvoll Menschen kennen es. Es ist so geheim, dass wir es nicht einmal zum Patent angemeldet haben“, sagt er.
Nicht geheim ist, dass der Tank mit diesem Zaubertrank in der Pilotfertigung mit einem ganz gewöhnlichen Gabelstapler zur nächsten Station gebracht wird. „Wir entwickeln hier die einzelnen Fertigungsschritte, nicht den Transport. Um den kümmern wir uns, wenn wir später die Serienproduktion für größere Stückzahlen aufbauen.“
Die Entwicklung kann man an der nächsten Station beobachten. Dort wird die Tinte in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess auf lange Folienbänder aufgebracht, um Anoden und Kathoden zu fertigen. Die Bänder laufen über mehrere Umlenkrollen. Bevor die wertvolle Tinte mit ihnen in Berührung kommt, werden sie gereinigt, getrocknet und genau kontrolliert. Aus der Beschichtungsanlage geht es nahtlos in den Trocknungsofen, eine der größten Maschinen in der Halle. Nach dem Ofen wickelt sich das Band mit den Elektrodenschichten wieder auf eine Rolle.
Am Ende sollen alle Kontrollen natürlich alles inline und automatisch geschehen. Heute stehen an dieser Station zwei Männer mit Messgeräten und Laptops. Sie sind gerade dabei, die Anlage nach dem Umbau auf die neue Generation in Betrieb zu nehmen. In den letzten Wochen haben sie viel Zeit und Mühe investiert, damit alle Parameter stimmen. Nun passt es endlich. Außer Schutzbrillen und Sicherheitsschuhen tragen sie keine spezielle Kleidung, denn Reinräume gibt es in der Fabrik nicht. Jeder Anlagenteil ist eingehaust und auf die nötige Sauberkeitsstufe eingestellt, sozusagen in seinem eigenen Mini-Reinraum.
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Sandwich von der Rolle
Auch in den nächsten Fertigungsschritten, in denen die Schichten zusammengefügt werden, arbeitet Cellcentric mit Rollen. Zuerst werden das Anoden- und das Kathodenband zusammengebracht, danach wird die empfindliche und vergleichsweise teure Membran dazwischengeschoben. Das Ergebnis ist eine Catalyst Coated Membrane, kurz CCM.
An der nächsten Station wird dieses Membransandwich von der Rolle zuerst noch um drei weitere Schichten ergänzt. Um die Reaktionsgase gleichmäßig zu verteilen, fehlt auf jeder Seite noch eine Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer, GDL) aus einem leitfähigen Kohlenstoffmaterial. Und um der Einheit Stabilität zu geben, braucht es Rahmen. Diese kommen ebenfalls von einer Rolle. Erst wenn alle Schichten sauber übereinander angeordnet sind, wird das Sandwich geschnitten, positioniert, verklebt und vereinzelt. Nun ist die gerahmte Membranelektrodeneinheit fertig (Membrane Electrode Frame Assembly, MEFA). Diese wird in einer weiteren Station im Spritzgussverfahren versiegelt und so zur Sealed Membrane Electrode Frame Assembly, kurz SMEFA.
Nun fehlt noch die Bipolarplatte. Diese gehört zu den wenigen Teilen, die Cellcentric nicht selbst fertigt. „Wir nutzen Bipolarplatten aus Graphit. Metall wäre zwar einfacher zu handhaben, neigt bei hohen Temperaturen aber zu chemischen Reaktionen. Das heißt, wir müssten in der Betriebsführung vorsichtiger sein und könnten zum Beispiel die maximale Leistung der Zelle nur kurz ausnutzen“, erklärt Ladra. Mit den Graphit-Bipolarplatten sei die angegebene Maximalleistung der Brennstoffzellenmodule hingegen identisch mit der Dauerleistung. Dann ist die Einzelzelle fertig.
Stack mit Schraubverbindungen
Dann geht es ans Stapeln. Um die Zellen zu einem Stack zu verbinden, setzt Cellcentric ausschließlich auf Schraubverbindungen. Das ist nicht die billigste Lösung, aber bietet die Sicherheit, jede Zelle im Falle eines Defekts ersetzen zu können. Da der gesamte Stack etwa den Wert eines gehobenen Mittelklassewagens hat, lohnt diese Sicherheitsmaßnahme. Dicht wird der Stack beim anschließenden Zusammenpressen – und schrumpft zugleich sichtbar. Damit ist das Herzstück des Aggregats fertig.
In einer letzten Station wird alles montiert, was zum Funktionieren der Brennstoffzelle nötig ist, von der Sensorik über die Kühlmittelpumpe und den Kompressor bis zum DC/DC-Wandler. Das geschieht in der Pilotfabrik weitgehend in Handarbeit von einer einzelnen Person.
Bevor es die Fabrik verlässt, muss das fertige Aggregat noch drei Tests absolvieren. Zuerst geht es um die Dichtheit. Ein Schnüffelroboter fährt dafür mit seiner rüsselartigen Sensoreinheit alle Stellen ab, an denen womöglich Wasserstoff austreten könnte. Als Nächstes muss das Aggregat im Hochvolttest beweisen, dass Spannung und Stromstärke stimmen. Im End-of-Line-Test muss es dann noch dreieinhalb Stunden lang simulierte Fahrzyklen durchlaufen – so hat es schon für die Alpenüberquerung geübt, bevor es überhaupt ins Fahrzeug kommt.
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