Die Morgensonne liegt noch flach über dem Grün, als das elektrische Golfcart lautlos vom Clubhaus losrollt. Auf der weitläufigen Anlage pendelt es zwischen Abschlägen und Fairways hin und her. Seine Reichweite ist jedoch begrenzt: Spätestens zur Mittagszeit ist die Batterie leer und das Cart muss für mehrere Stunden an die Ladesäule. Das ist ein typisches Problem für kleine E-Fahrzeuge. Grund dafür ist die geringe Energiedichte der Batterie: Sie ist zwar klein und leicht, speichert aber nur wenig Energie. Zudem lässt sich die Batterie nicht beliebig schnell aufladen, weil sie sonst überhitzen würde. Eine größere Batterie löst das Problem ebenfalls nicht: Sie macht das Fahrzeug nur schwerer und damit energiehungriger. Kleine, mobile Anwendungen brauchen daher eine andere Energiequelle, die mehr Reichweite ermöglicht, schneller wieder einsatzbereit ist und dabei emissionsfrei bleibt.
Die Demokratisierung der Brennstoffzelle
Genau hier setzt Spectronik an. Das Unternehmen mit Sitz in Singapur hat sich auf kompakte Wasserstoff-Brennstoffzellen spezialisiert. Das erklärte Ziel des Unternehmens ist die Weiterentwicklung und Demokratisierung einer Technologie, die aufgrund ihrer komplexen Bauweise bislang nur großen Anwendungen wie Lkw und Bussen vorbehalten war. Mit seiner Protium-Serie hat es das Unternehmen geschafft, die Technologie stark zu komprimieren. Das Ergebnis: viel Energie auf kleinem Bauraum bei wenig Gewicht. Zudem sind die Zellen in wenigen Minuten betankt und im Betrieb völlig emissionsfrei. Schließlich entsteht bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff – neben Energie – nur Wasser als Abfallprodukt. Damit öffnet Spectronik die Technologie für komplett neue Anwendungen, für die Wasserstoff-Brennstoffzellen bislang zu groß oder zu schwer waren. Jedoch bringt die Kompaktheit auch neue technische Herausforderungen mit sich.
Cool und frisch für volle Power
Brennstoffzellen erzeugen Strom elektrochemisch – und das nicht verlustfrei. Rund die Hälfte der freigesetzten Energie ist Abwärme. Außerdem gelangt mit dem Reaktionsprodukt auch Feuchtigkeit ins System. Ohne ein gezieltes Thermo- und Luftmanagement droht die Zelle damit zu überhitzen oder zu „ertrinken“. Dabei braucht die Zelle immer genügend Sauerstoff, um Leistung zu bringen – vor allem, wenn das Fahrzeug beschleunigt. Bisherige Lösungen bestanden aus komplexen Flüssigkühlsystemen und Kompressoren. Für Lkw und Busse sicher eine gute Lösung, für kleinere Mobilanwendungen aber viel zu klobig und ineffizient. Spectronik hat deshalb ein innovatives System entwickelt, das auch auf engem Raum Temperatur und Feuchtigkeit reguliert und die Brennstoffzelle mit Frischluft versorgt.
„Wir demokratisieren Brennstoffzellen und bringen sie in alle mobilen Anwendungen.“
Spectronik
Für ersteres kommen zwei bis sechs AxiForce 80 Ventilatoren von ebm-papst zum Einsatz. Sie leiten die warme, feuchte Luft zuverlässig nach draußen und halten die Brennstoffzelle im optimalen Temperaturbereich. Zwei Temperatursensoren überwachen dabei kontinuierlich den Zustand der Zelle und übermitteln die Messwerte an eine Steuereinheit (MCU). Diese vergleicht die Ist- mit der Soll-Temperatur und regelt über einen PID-Controller die Drehzahl der Ventilatoren – präzise und reaktionsschnell mit Pulsweitenmodulation (PWM). Dabei verteilt die Steuereinheit die Kühlleistung gezielt auf mehrere Ventilatoren. So muss kein einzelner Ventilator dauerhaft auf Höchstleistung laufen. Das schont die Komponenten, erhöht die Lebensdauer und spart Energie. Ein zusätzlicher Vorteil: Dank ihrer DC-Motoren arbeiten die Ventilatoren auch im Teillastbereich besonders effizient.
Die Protium-Serie ist modular aufgebaut. Eine Zelle wird bei Bedarf mit weiteren Einheiten kombiniert. Mehr Leistung oder Reichweite sind also kein Problem. (Foto | Spectronik)
Neben den richtigen Temperaturen ist aber auch die Sauerstoffversorgung entscheidend. Dafür sorgen ein bis zwei Radialgebläse RVE 45 von ebm-papst. Sie lassen die Brennstoffzelle im wahrsten Sinne des Wortes „atmen“, indem sie Frischluft von außen zuführen und den Luftstrom je nach Leistungsbedarf dynamisch einstellen. So erhält die Zelle jederzeit genug Sauerstoff für die Reaktion, um auch bei Leistungsspitzen ausreichend Energie zu produzieren.
Mehr Leistung? – Mehr Zellen!
Die Brennstoffzellen von Spectronik sind kompakt, leistungsstark und effizient. Aber was ist, wenn die Leistung einer Zelle nicht ausreicht, um das komplette Fahrzeug anzutreiben? Auch an diesen Fall hat Spectronik gedacht und seine Protium-Serie modular aufgebaut. Eine Zelle funktioniert damit nicht nur für sich, sie lässt sich bei Bedarf auch mit weiteren Einheiten kombinieren. Mehr Leistung oder Reichweite sind also kein Problem. Kühlung und Sauerstoffversorgung sind dabei Teil des modularen Konzepts und fest in jede Einheit eingebaut.
Damit stößt Spectronik eine Revolution der Brennstoffzelle an. Mobile Anwendungen gewinnen an Ausdauer – ohne schwere oder komplexe Batteriesysteme. Drohnen fliegen mit Leichtigkeit komplette Einsätze statt nur kurzer Runden. Haushaltsroboter arbeiten den ganzen Tag durch, ohne ständig nachladen zu müssen. Und Golfcarts bleiben im Dauereinsatz, statt stundenlang an der Steckdose. Wo herkömmliche Batterien schlappmachen, sorgt Wasserstoff für mehr Leistung und Reichweite – effizient, kompakt und flexibel skalierbar.
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