Alternative Antriebssysteme
HZwo: HyWheelTank
Integration und Erprobung einer radintegrierten Energiespeicherlösung für schwere mobile Arbeitsmaschinen
Projektzeitraum: Jun 2026 - Okt 2028 | Projektpartner: LSE – Lightweight Structures Engineering GmbH, FAE Elektrotechnik GmbH & Co. KG, Technische Universität Dresden/ Professur für Baumaschinen), Liebherr-Werk Bischofshofen GmbH (assoziiert)
Der Einsatz von Wasserstoff als emissionsfreier Energieträger für schwere Baumaschinen gewinnt angesichts der dringenden Notwendigkeit, die Klimaziele zu erreichen, eine entscheidende Bedeutung. Die zentrale und bisher unzureichend gelöste technische Hürde bei der breiten Einführung von Wasserstoffantrieben ist die Integration der notwendigen Energiespeichermenge direkt am Fahrzeug. Die zur Speicherung benötigten Hochdrucktanks lassen sich nur schwer in die bestehenden und stark begrenzten Bauräume einer modernen Baumaschine integrieren. Im Forschungsvorhaben HyWheelTank wird eine neuartige, ringförmige Wasserstoff-Speicherlösung direkt in die Räder eines 24-Tonnen-Radladers integriert. Dieser innovative Ansatz schafft zusätzlichen Bauraum, erhöht das Speichervolumen und ermöglicht so längere Betriebszeiten. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Validierung dieser Lösung unter realen Einsatzbedingungen. Damit wird nicht nur die Marktreife von wasserstoffbetriebenen Baumaschinen entscheidend vorangetrieben, sondern auch die Übertragbarkeit des Konzepts auf andere schwere Nutzfahrzeuge, wie Land- und Forstmaschinen, nachgewiesen.
Gefördert durch:
HyLin-AI
Entwicklung eines Strukturleichtbaukonzeptes für Schmalspurtriebzüge mit Optimierung für den Wasserstoffbetrieb und Energiemanagementsystem mittels KI-Steuerung
Projektzeitraum: Mai 2025 - Dez 2027 | Projektpartner: Lakowa Kunststoffverarbeitung & -bearbeitung GmbH, Technische Universität Chemnitz – Professur Alternative Fahrzeugantriebe, HeiterBlick GmbH (assoziiert)
Schmalspurige Eisenbahnen in Deutschland, die sowohl im öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) als auch für touristische Angebote eingesetzt werden, benötigen zum zielgerichteten Ausbau der Kapazitäten neue Fahrzeuge, die heutigen modernen technischen- und Komfortanforderungen entsprechen. Gegenwärtig fahren Triebzüge mit Diesel oder es werden Dampflokomotiven eingesetzt, alternative Antriebe finden aktuell keine Berücksichtigung. Konventionell gebaut wären diese zu schwer. Für den notwendigen Leichtbau stehen keine fahrzeugübergreifenden Lösungen zur Verfügung. Deshalb werden im vorliegenden Projekt neuartige modulare Leichtbau-Wagenkasten für Schmalspurbahnen unter Nutzung der Konstruktionsprinzipien des Differential- und Integralbau erforscht. Hinsichtlich Struktur, eingesetzter Materialen und Architektur werden sie optimal an alternative Antriebssysteme angepasst.
Des Weiteren wird zur Reichweitenerhöhung ein KI-Energiemanagement für das Gesamtfahrzeug entwickelt, das mittels eines modell-prädiktiven Reglers energieoptimierte Betriebs- und Fahrstrategien für den Echtzeitbetrieb gewährleistet.
Gefördert durch:
HyTraGen
Hydrogen-Tram for next Generation - Realisierung eines mit Wasserstoff betriebenen Straßenbahnprototyps
Projektzeitraum: Dez 2023- Nov 2026 | Projektpartner: HeiterBlick GmbH, Flexiva Automation & Robotik GmbH, Technische Universität Chemnitz, Görlitzer Verkehrsbetriebe GmbH (assoziiert), Leipziger Verkehrsbetrieb GmbH (assoziiert), CVAG – Chemnitzer Verkehrs – Aktiengesellschaft (assoziiert)
Mit den Projektpartnern wird in dem sächsischen Konsortium Europas erste Straßenbahn mit Wasserstoffantrieb entwickelt und gebaut. Die Erprobung der Straßenbahn erfolgt in Zusammenarbeit mit den Görlitzer Verkehrsbetrieben (GVB). Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Verkehr und Digitales innerhalb des Programmes für „Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase 2 (NIP II)“.
Als Fortführung des F&E – Projektes „H2-TRAM“ werden die erlangten Forschungsergebnisse und die neuartigen Systemlösungen in einen prototypischen Versuchsträger überführt. Der Prototyp wird in Leipzig bei der HeiterBlick GmbH gefertigt und anschließend im Betriebsumfeld der GVB getestet. Neben der Validierung der technischen Lösungen und der Funktionalität des Gesamtfahrzeuges, werden auch die Voraussetzungen geschaffen zukünftig BZ – Straßenbahnen einfacher zuzulassen und kostengünstiger zu fertigen.
Die Wasserstoffstraßenbahn sollte dabei nicht in direkter Konkurrenz zu vorhanden Oberleitungsbahnen stehen, sondern vielmehr eine Alternative für neue Strecken darstellen, welche aus ökonomischen, ökologischen und städtebaulichen Gründen nicht mit Oberleitungen ausgerüstet werden können. Ein weiterer positiver Aspekt ist der Wegfall von hohen Infrastrukturkosten für Installation und Wartung der Oberleitung. In einem ganzheitlichen Wasserstoffkonzept mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Verbrauchern würde für die nutzenden Städte zudem ein weiteres Energieversorgungssystem entstehen, das nicht netzabhängig ist und überschüssige Elektroenergie in Form von Wasserstoff speichern kann.
Gefördert durch:
HZwo: RAHD
Wasserstoffspeicher- und Elektroantriebsfunktionslösung für schwere brennstoffzellenbetriebene Land- und Forstwirtschaftsfahrzeuge
Projektzeitraum: Sep 2023- Aug 2026 | Projektpartner: LSE-Lightweight Structures Engineering GmbH, EAAT GmbH Chemnitz, Technische Universität Chemnitz, Agraset Agrargenossenschaft eG (assoziiert), EIDAM Landtechnik GmbH (assoziiert)
Aktuelle Anwendungsfelder für Wasserstoffantriebslösungen beschränken auf klassische Fahrzeugtypen, wie LKW, Busse und andere Nutzfahrzeuge. Landwirtschaftliche Fahrzeuge und Maschinen finden in der aktuellen Diskussion wenig Beachtung. Vorhandene Fahrzeugflotten werden heute fast ausschließlich mit fossilen Kraftstoffen, meist Diesel, betrieben. Ein mittelgroßer Betrieb mit 12.000 kW Antriebsleistung in seinem Fuhrpark bringt es dabei auf einen jährlichen Kraftstoffverbrauch von rund 500.000 Litern. An dieser Stelle wird ersichtlich, dass auch in diesem Bereich gehandelt werden muss, um die zukünftigen Klimaziele zu erreichen. Das Forschungsvorhaben beschäftigt sich deshalb mit der Erarbeitung einer neuartigen Wasserstoffspeicher- und Antriebslösung für den Einsatz in landwirtschaftlichen Fahrzeugen. Damit soll es BSZ-Fahrzeugen möglich sein, leistungs- und reichenweitenadäquate Zielwerte der Dieselfahrzeuge zu erfüllen. Die neuartige Lösung soll grundlegend konzipiert und in ein Gesamtfahrzeugkonzept integriert werden. Des Weiteren wird durch den Aufbau eines skalierten Forschungsmodells die Funktionsweise validiert.
Gefördert durch:
Heat2Comfort - Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Abwärmebasierte Klimatisierung von Brennstoffzellen–Triebzügen
Projektzeitraum: Mär 2021 - Feb 2024 | Projektpartner: WätaS – Wärmetauscher Sachsen GmbH, ILK – Institut für Luft– und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbH, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, DB Systemtechnik GmbH (assoziiert), EAW – Energieanlagenbau GmbH Westenfeld (assoziiert)
Zentraler Ansatzpunkt für die Abwärme-Nutzung und Energieeinsparung ist die thermische Aktivierung von Komponenten im Innenraum des Fahrzeugs, um deren Strahlungstemperatur zur Generierung der thermischen Behaglichkeit zu nutzen. Es entfällt damit energieintensives Überhitzen und Unterkühlen der Zuluft. Weitere Forschungsschwerpunkte sind der energieoptimale Wärmetransports von der Brennstoffzelle in den Innenraum im Falle des Heizbetriebs und ein neuartiges Regelungskonzept, das sich einer Vielzahl von Umgebungsinformationen bedient und gleichzeitig eine deutlich höhere Anzahl von Stellgrößen aufweist als heutige Regelalgorithmen. Mit Hilfe des Maschinellen Lernens soll eine stetige Lernfähigkeit und Optimierung der Regelungssoftware im Betrieb ermöglicht werden.
Gefördert durch:
H2-Tram - Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Innovative Straßenbahnen mit Brennstoffzellenantrieb
Projektzeitraum: Dez 2020 - Feb 2023 | Projektpartner: HeiterBlick GmbH, Flexiva Automation & Robotik GmbH, CVAG – Chemnitzer Verkehrs – Aktiengesellschaft (assoziiert), AVG - Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH (assoziiert)
Durch den Einsatz dieser neuartigen Brennstoffzellen – Straßenbahnen soll für Verkehrsbetriebe die Möglichkeit entstehen, zukünftig nachhaltig und schadstofffrei neue Stadtgebiete unabhängig von einer vorhandenen Bahnstrominfrastruktur mit Schienenfahrzeugen anzubinden und in bestehende Verkehrsknoten bzw. künftig einzurichtenden Mobilitätspunkten zu integrieren.
Gefördert durch:
Heat2Power - Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Effizienzsteigerung und Abwärme – Veredelung bei Brennstoffzellen in Schienenfahrzeugen
Projektzeitraum: Dez 2019 – Okt 2022 | Verbundpartner: WÄTAS und ILK Dresden
Im Vorhaben „Heat2Power“ sollten unter Beibehaltung eines konstant guten Passagierkomforts, Möglichkeiten für die Minimierung des Energiebedarfs von Klimatisierungssystemen erforscht werden. Gleichzeitig wurde die Anbindung an die Brennstoffzellenabwärme beleuchtet, um Einsparpotenziale aufzudecken und bauliche Anpassungen (bspw. Mehrgewicht, Platzbedarf etc.) zu bewerten. Hierbei wurden zusätzliche thermische Trägheiten und eine dezentrale bedarfsgerechte Raumkonditionierung untersucht.
Ein wesentlicher Ansatz war dabei die Veredelung der Brennstoffzellenabwärme mittels eines Energiewandlungssystems in elektrische Leistung, um unabhängig vom jeweiligen Fahrzeug-Klimatisierungsbedarf die anfallende thermische Leistung einer möglichst universellen Nutzung auf dem Fahrzeug zuzuführen. Des Weiteren sollte der Primärenergiebedarf der Fahrzeugklimatisierung durch eine Kopplung der fluktuierenden Wärmeabgabe der Brennstoffzelle mit der Innenraumheizung unter Nutzung eines dezentralen Systems aus Wärmespeichern und Wärmeübertragern wesentlich verringert werden.
Dieses Projekt wurde gefördert durch: EFRE und SAB
Eco-CC – Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Entwicklung eines wirtschaftlichen und zuverlässigen Mess- und Regelungskonzeptes für automotive Brennstoffzellensysteme
Projektzeitraum: Jan 2019 – Dez 2021 | Verbundpartner: Continental, LSA, TU-Chemnitz, Fraunhofer IWU
Das Project EcoCC beschäftigt sich im Rahmen der HZwo-Initiative mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und zuverlässigen Mess- und Regelungskonzepts für Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen in Automobilanwendungen. Eine Kombination von Daten bestehender, herkömmlicher Sensoren mit regelungstechnischen dynamischen Modellen erlaubt eine verbesserte Zustandsüberwachung des Systems, wobei auf die Entwicklung neuer und teurer Hardware verzichtet werden kann. Zudem bietet eine derartige mathematische und softwarebasierte Herangehensweise die Möglichkeit, Fehler zu detektieren oder fehlende Daten aus anderen Messungen zu rekonstruieren. Dadurch könnten potentiell sogar bestehende Sensoren durch virtuelle ersetzt werden. Professor Streif, Leiter der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik, sieht daher in den "Methoden der Regelungstechnik und der Zustandsschätzung ein enormes Potential zur Kosteneinsparung sowie einem sichereren und effizienteren Betrieb moderner Brennstoffzellensysteme".
Das Projekt wurde gefördert durch: EFRE und SAB
