H2-Züge: Brennstoffzellen-Abwärme zur Temperierung des Innenraums

Das Fraunhofer IFAM arbeitet zusammen mit Partnern an einem neuen Ansatz zur Steigerung der Reichweite und des Komforts im brennstoffzellenbetriebenen Schienenverkehr. Zentraler Gedanke ist dabei eine effektive Verwertung der Brennstoffzellen-Abwärme für die Temperierung des Fahrzeuginnenraums.

Die Forschung zu dem Thema wird in dem dreijährigen Projekt „Heat2Comfort“ gebündelt, das noch bis Februar 2024 läuft und vom BMWi gefördert wird. In einer Mitteilung gibt das Fraunhofer IFAM an, dass die bessere Verwertung der Brennstoffzellen-Abwärme die Mindestreichweite von Brennstoffzellen-Triebzügen um 20 Prozent erhöhen und gleichzeitig der Komfort der Reisenden sowohl aus thermischer als auch aus akustischer Sicht steigern könne. Und: „Ziel ist es, sowohl Heizwärme als auch Klimakälte durch die Abwärme der Brennstoffzelle zu decken.“ Im Sommerbetrieb solle eine Absorptionswärmepumpe zur Erzeugung der Klimakälte mit der Abwärme der Brennstoffzelle versorgt werden.

Neben dem in Dresden beheimateten Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung arbeiten die Hörmann Vehicle Engineering GmbH, die Wärmetauscher Sachsen GmbH sowie das Institut für Luft- und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbH an dem neuen Ansatz in der Abwärmenutzung. Unterstützt werden die Partner zusätzlich von der DB Systemtechnik GmbH, der DB RegioNetz Verkehrs GmbH und der Energieanlagenbau GmbH Westenfeld.

Ziel der Projektpartner ist es, dass der Strom der Brennstoffzelle rein für den Vortrieb genutzt werden kann und nicht mehr für die Klimatisierung eingesetzt werden muss. Heutige Fahrzeuge benötigen nach Angaben des Fraunhofer-Instituts bis zu 25 Prozent des Gesamtenergiebedarfs für die Klimatisierung von Fahrgastraum und Fahrerstand. Die effiziente Nutzung der vorhandenen Brennstoffzellenabwärme sei deshalb ein wesentlicher Einflussfaktor für die Erhöhung der Reichweite.

Konkret beschäftigen sich die Forschenden innerhalb des Projekts mit der Kopplung der Wärmequelle, also der Brennstoffzelle, mit den verschiedenen Wärmenutzungen in Form von Absorptionskältemaschine und Raumheizung. Dies erfolgt laut der Mitteilung des Fraunhofer-Instituts über PCM-Speicher, in denen Faserstrukturen zur Anpassung der Speicherleistung eingesetzt werden.

Das Geschäftsfeld Energie und Thermisches Management am Fraunhofer IFAM Dresden bringt unter anderem sein Know-how zur wärme- und strömungstechnischen Entwicklung der Komponenten in das Projekt „Heat2Comfort“ ein. Ergänzend kommen umfangreiche Erfahrungen bei der mathematischen Modellierung sowie experimentellen Validierung von Strömungs-, Wärme- und Stofftransportvorgängen hinzu. Außerdem sollen Erkenntnisse aus dem kürzlich abgeschlossenen Projekt „Hybrid-FHKL“ verwertet werden, in dem hybride Heiz- und Kühlflächen mit Raumluftkonditionierung für die Gebäudetechnik entwickelt und untersucht wurden. Denn: „Die Verwendung zellularer Metalle zur Erzeugung uniformer Oberflächentemperaturen ist eine zentrale Frage, die auch in ‚Heat2Comfort‘ relevant ist“, teilt das Institut mit.

Das Projektbudget beträgt insgesamt 2,96 Millionen Euro, das Bundeswirtschaftsministerium deckt mittels Förderung 63 Prozent dieser Summe ab.
ifam.fraunhofer.de