Im Zuge der Erreichung der Pariser Klimaziele bzw. des Green Deals sowie in Folge des völkerrechtswidrigen Überfalls Russlands auf die Ukraine kommt der Dekarbonisierung von Industrie und Verkehr eine besonders hohe Relevanz zu. In diesem Kontext sind die Herstellung, der Transport, die Speicherung und die Nutzung von Wasserstoff von zentraler Bedeutung. Das Bundeswirtschaftsministerium und das Bundesverkehrsministerium haben im Mai 2021 62 Wasserstoff-Großprojekte ausgewählt, die im Rahmen eines gemeinsamen europäischen Wasserstoffprojekts (sog. Important Project of Common European Interest, IPCEI) staatlich gefördert werden sollen. Die 8 Mrd. Euro staatlichen Fördermittel setzen sich aus Bundes- und Landesmitteln zusammen. Rund 5,8 Mrd. Euro werden hierbei vom Bund an Förderung aufgebracht. Hinsichtlich der übrigen Fördermittel (rund 30 Prozent) verlangt der Bund verpflichtend, dass diese von den Ländern, in denen das jeweilige Projekt durchgeführt wird, zur Verfügung gestellt werden. Der Bund setzt damit eine wichtige Maßnahme der Nationalen Wasserstoffstrategie um. Die Förderung der deutschen Vorhaben erfolgt im Rahmen eines europäischen Projekts (IPCEI Wasserstoff) gemeinsam mit 22 europäischen Partnerländern. Die verschiedenen nationalen Projekte sollen so miteinander vernetzt werden, dass alle Länder voneinander profitieren und gemeinsam eine europäische Wasserstoffwirtschaft aufgebaut werden kann.
Auch in Rheinland-Pfalz soll ein Projekt dieser transnationalen, wichtigen Vorhaben von gemeinsamem europäischen Interesse durchgeführt werden. Es handelt sich um das Projekt „PEGASUS“ der Daimler Truck AG. Innerhalb des Projektes „PEGSUS“ geht es insbesondere um die Entwicklung, den Umbau und die Alltagserprobung von 100 schweren LKW mit Brennstoffzellen-Antrieben, die Klärung sämtlicher technischer Zulassungs- und Genehmigungsfragen, die Erstellung von Entwicklungs- und Produktionsnormen sowie die Implementierung der Produktion dieser neuen Fahrzeugtypen in eine vorhandene Produktion am Standort Wörth. Das Ministerium für Wirtschaft, Verkehr Landwirtschaft und Weinbau hat den Ministerrat bereits am 19. Juli 2022 umfassend über das Vorhaben informiert und der Ministerrat hat der anteiligen Kofinanzierung des Vorhabens in Höhe von 30 Prozent zugestimmt. Entsprechende Mittel bzw. Verpflichtungsermächtigungen wurden daraufhin in der vom BMDV kommunizierten Höhe von insgesamt 99 Mio. Euro im Doppelhaushalt 2023/2024 beantragt und vom Haushaltsgesetzgeber bereitgestellt.
Zwischenzeitlich haben der Antragsteller, die Daimler Truck AG, das BMDV sowie die Europäische Kommission die beihilferechtlichen und inhaltlichen Themenstellungen abschließend geklärt, so dass das BMDV nun einen abschließenden Finanzierungsplan und den Entwurf einer Verwaltungsvereinbarung vorgelegt hat.
Eine Brennstoffzelle als Primärenergiequelle mit einem Doppelschichtkondensator (Supercap) als Zwischenspeicher zu kombinieren ist ein vielversprechender Ansatz für zukünftige Elektrofahrzeuge. In Kooperation mit einem Fahrzeughersteller wurden verschiedene Strategien für ein Energiemanagement für die Kombination einer Brennstoffzelle mit einem Doppelschichtkondensatormodul entworfen und verglichen. Basierend auf der aktuellen Geschwindigkeit und Beschleunigung werden verschiedene Fahrzeugzustände bezüglich kinetischer Energie und Leistungsbedarf unterschieden. In Abhängigkeit von der verfügbaren Leistung von Supercaps und Brennstoffzelle wird eine optimale Leistungsaufteilung zwischen den beiden Energiequellen ermittelt. In Bremsphasen wird durch Rekuperation Energie zurückgewonnen und in den Supercaps gespeichert. Wenn die Supercaps vollgeladen sind oder ihre maximale Ladeleistung erreicht haben, übernehmen mechanische Bremsen die übrige Ladeleistung. Da diese Situation zu einem Energieverlust führt, sollte sie möglichst vermieden werden. Um immer die notwendige Beschleunigungsleistung und gleichzeitig auch ein Maximum an Rekuperation zu garantieren, wird der Ladezustand der Supercaps kontinuierlich und dynamisch an die kinetische Energie des Fahrzeugs angepasst. Verschiedene Strategien wurden in Matlab/Simulink mit einem Stateflow-Chart zur Abbildung der Zustände implementiert. Die verfügbare Supercapleistung wird mit Hilfe eines impedanzbasierten Modells für Supercaps berechnet. Mit diesen Strategiemodellen können die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Strategien verglichen und die Einflüsse von Parametern untersucht werden. Ziel eines Energiemanagements ist es, den Wasserstoffverbrauch zu minimieren und die notwendige Leistung zu jeder Zeit sicherzustellen. Bei der Bewertung der Strategien wird der Wasserstoffverbrauch, die verlorene Bremsenergie und eine mögliche Geschwindigkeitsreduzierung verglichen. Mit einer optimalen Strategie können bis zu 23 Prozent Wasserstoff während eines definierten Fahrprofils gespart werden.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Anwendung eines Model-Based Systems Engineering (MBSE)-Systemmodells zum Zweck der Neu- oder Umrüstungsentwicklung von wirtschaftlich konkurrenzfähigen Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieben (H2-BZ-Antrieb) für mobile Arbeitsmaschinen. Hybride H2-BZAntriebe für mobile Arbeitsmaschinen stoßen in der im Projekt angestrebten technischen Umsetzung im Betrieb lokal keine Luftschadstoffe und Treibhausgase aus und ermöglichen bei der Verwendung von grünem Wasserstoff Emissionsfreiheit. Die unmittelbare Verringerung von Luftschadstoff- und Treibhausgasemissionen gegenüber Dieselmotorantrieben adressiert die Klimaschutzziele der Bundesregierung, die im Klimaschutzplan festgelegt wurden. Mit Hilfe des MBSE werden die technische (Robustheit, Dynamik, Sicherheit, Betriebsführung) und technoökonomische (Lebenszykluskosten, Umfelddynamik) Sichtweise auf hybride H2-BZ-Antriebe in einem Systemmodell verknüpft. So werden technische Anforderungen erfüllt und die Systemkomplexität handhabbar. Die Sichtweisen werden durch geeignete domänenübergreifende Teilmodelle repräsentiert. Das MBSE schafft eine einheitliche Datengrundlage (single source of truth), formale Modellspezifikationen (Modellontologien) und Modellierungssprache (SysML). Die Komplexität wird handhabbar, die Modelldokumentation systematisch und transparent, was den Wissensaustausch begünstigt. Im Projekt wird dieser systemanalytische Ansatz angewendet und für FuE von H2-BZ-Antrieben weiterentwickelt. Damit trägt das Projekt weiterhin zum Ziel der Entwicklung systemanalytischer Werkzeuge mit fachdisziplinübergreifender Beteiligung im 7. EfP bei. Die methodische Entwicklung wird im Projekt dazu verwendet, einen hybriden H2-BZ-Antrieb für eine Materialumschlagmaschine zu entwickeln und zu integrieren. Mit der Erprobung im realen Einsatz soll eine TRL-Erhöhung von 6 auf 7 erfolgen.