Expertenbeitrag

 Reinhard Irrgang

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Flurförderzeuge Gute Zukunftsaussichten für die Brennstoffzelle

Autor / Redakteur: Reinhard Irrgang / Bernd Maienschein

Eine Reihe führender Hersteller bietet sie an und sie bewähren sich bereits in großen Einsatzflotten – trotzdem können sie immer noch als „Hidden Champions“ gelten: Die Rede ist von Staplern mit Brennstoffzellen-Antrieb. Die Antworten auf unsere Herstellerumfrage zeigen ein breites und wirtschaftlich wie organisatorisch lukratives Einsatzspektrum für diese umweltfreundlichen Flurförderzeuge auf.

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Stapler mit Brennstoffzellen-Antrieb lassen sich in nur wenigen Minuten betanken, bewähren sich im Mehrschichtbetrieb und sind umweltfreundlich.
Stapler mit Brennstoffzellen-Antrieb lassen sich in nur wenigen Minuten betanken, bewähren sich im Mehrschichtbetrieb und sind umweltfreundlich.
(Bild: Still)

Wir befragten führende Flurförderzeug-Hersteller über Fakten und ihre Erfahrungen zum Thema Stapler mit Brennstoffzellen-Antrieb: Welche Ihrer Stapler bieten Sie mit Hybridantrieb an (Brennstoffzellen-Technologie)? „Momentan sind bei Still Flurförderzeuge mit Brennstoffzellen-Technologie und Hybridantrieb in den Leistungsklassen 24, 48 und 80 V verfügbar. Deren Tragfähigkeit reicht bis zu 3,5 t beim Gegengewichtsstapler RX60-25/35“, so Thomas A. Fischer, Geschäftsführer Vertrieb, Marketing und Service bei Still. „Darüber hinaus bieten wir weitere Flurförderzeug-Typen an, allen voran unser Flaggschiff im Segment der Schubmaststapler, den FM-X. Damit deckt Still den aktuellen Bedarf der Kunden hervorragend ab, da gerade in dieser Leistungsklasse die Vorteile der Brennstoffzelle in Kombination mit den Vorzügen unserer Geräte voll zum Tragen kommen.“

„Rund 80 % aller Modelle der Marke Linde sind mit Brennstoffzellen-Antrieb bestellbar“, so Markus Weinberger, International Product Manager Energy Solutions, Linde Material Handling. „Dazu gehören beispielsweise Niederhubwagen, Schlepper, Schubmaststapler sowie Gegengewichtsstapler inklusive des Roadster-Modells.“

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„Nahezu alle Toyota-Baureihen können mit Brennstoffzelle ausgestattet werden“, betont Kai Hesse, Leiter Produktmanagement bei Toyota Material Handling. „Beginnend bei 24-V-Niederhubwagen über 48-V-Schubmaststapler bis hin zu 80-V-Gabelstaplern bis 5 t Tragkraft.“

Der Brennstoffzellen-Stack bildet das Herz des Antriebs

„Aus welchen Komponenten besteht der Brennstoffzellen-Antrieb?“, so unsere zweite Frage. „Die Brennstoffzellen-Technologie von Still erzeugt elektrische Energie direkt an Bord des Fahrzeugs, die wiederum den elektrischen Antrieb für Fahren, Hydraulik und die Nebenaggregate liefert“, erläutert Thomas A. Fischer. „Dabei bildet der Brennstoffzellen-Stack als elektrochemischer Reaktor das Herz eines jeden Brennstoffzellen-Antriebsstrangs. Er umfasst in der Regel eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen, in denen die Energieumwandlung stattfindet, zudem einen hochdrucksicheren Wasserstofftank und eine Li-Ion-Batterie. Diese fungiert als Zwischenspeicher für die erzeugte Energie, die bei Lastspitzen für die Antriebe zur Verfügung steht. Diese Einheit lässt sich im Batterieraum des Fahrzeugs verbauen, wodurch dieses wie ein herkömmlicher batteriebetriebener Stapler genutzt werden kann und gleichzeitig die Vorteile der Brennstoffzelle, wie schnelles Tanken, nutzbar macht.“

Wie Markus Weinberger ausführt, besteht ein Brennstoffzellen-Antrieb aus folgenden Komponenten: Brennstoffzellen-Stapel, Batterie, Wassertank, Wasserstoffspeicher, Fluidmanagementsystem, Kühlsystem, Luftverdichter und Steuerungsschrank. „Die Brennstoffzelle ist kein Energiespeicher, sondern ein Wandler“, so Weinberger. „Das Herzstück ist der sogenannte Stack (Brennstoffzellen-Stapel), in dem Wasserstoff und Sauerstoff aus der Umgebung reagieren und Strom, Wärme und Wasser produzieren. Dieser Vorgang bringt einige Vorteile mit sich. Damit verbundene technische Herausforderungen hat Linde Material Handling gemeinsam mit Partnern und durch Umbau der Stapler gelöst. So wird beispielsweise die entstehende Wärme über einen Lüfter abgeführt. Zudem sorgt eine zusätzliche Li-Ion-Batterie dafür, dass Leistungsspitzen abgedeckt werden und entstehende Bremsenergie in die Batterie zurückgespeist wird.“

„Das Herzstück des Antriebs bildet das Brennstoffzellen-System“, so Kai Hesse. „Es besteht im Wesentlichen aus dem Stack, dem Tank (350 bar), einem Energiespeicher und dem Lüfter. Das System lässt sich einfach und mit geringen Modifizierungen in einen bestehenden Elektrostapler einbauen.“

„Der größte Vorteil ist, dass die Betankung eines Wasserstofftanks lediglich fünf Minuten in Anspruch nimmt und deshalb nur minimale Unterbrechungen des Einsatzes verursacht“, betont Fischer. „Dadurch entfällt der sonst übliche Batteriewechsel und eine zweite, geladene Batterie ist überflüssig. Das macht die Brennstoffzelle ideal für den Mehrschichtbetrieb.“

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Ideal für den Mehrschichtbetrieb

Weinberger nennt vier Faktoren: schnelles Betanken, geringere Kosten, sicheres und sauberes Handling. So „sind die Brennstoffzellen in nur ein bis maximal drei Minuten mit Wasserstoff aufgetankt. Diese hohe Verfügbarkeit der Fahrzeuge macht sich vor allem im harten Mehrschichtbetrieb positiv bemerkbar. Die Kosten für Wasserstoff sind in den vergangenen Jahren deutlich gesunken. Gleichzeitig steigt im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien die Produktivität durch Wegfall des zeitaufwendigen Batteriewechsels und kurze Betankungszeiten.“

Hinsichtlich des Handlings sind „Brennstoffzellen durch den Wegfall des Batteriewechsels sowie potenziell gefährlicher Batteriesäuren im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien besonders sicher und eine saubere Alternative, damit eignen sie sich vor allem für hygienekritische Bereiche wie die Pharma- oder Lebensmittelindustrie“.

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„Bei richtiger Planung können die Brennstoffzellen-Stapler direkt und jederzeit am Einsatzort betankt werden, beispielsweise an Kreuzungen oder viel befahrenen Wegstrecken“, so Hesse. „So werden Engpässe an den Tankstationen vermieden.“

Welche organisatorischen und wirtschaftlichen Vorteile haben die Anwender nun beispielsweise hinsichtlich Einsatzzeiten, Wartungsaufwand, Geräte- und Einsatzkosten sowie umweltschonender Aspekte? „Die hohe Fahrzeugverfügbarkeit im Mehrschichtbetrieb wird dadurch gewährleistet, dass die Netzspannung der Brennstoffzelle bis zum vollständigen Verbrauch des Wasserstoffvorrats gehalten wird“, erläutert Fischer. „Der Betrieb verursacht keinerlei Schadstoffausstoß, denn als ,Abgas‘ der Reaktion von Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft entsteht reiner Wasserdampf. Bei Verwendung von klimaneutral hergestelltem Wasserstoff sorgt die Brennstoffzelle für eine ausgeglichene Ökobilanz. Dies unterstützt auch unsere Mission „Zero Emission“, die auf umweltfreundliche und sparsame Antriebstechnologien setzt.“

Zahlreiche Einsatzvorteile

Markus Weinberger nennt wiederum vier Aspekte: lange Lebensdauer, Platzersparnis, hohe Verfügbarkeit sowie Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit. So „haben Brennstoffzellen eine Lebensdauer von durchschnittlich 10.000 Betriebsstunden, damit sinken die Lebenszykluskosten und Ressourcen werden geschont“. Zudem „benötigt die Infrastruktur zur Wasserstoffbetankung nur wenig Platz, Batterieladestationen oder Batterieräume fallen weg. Damit steht mehr Fläche für Produktions- beziehungsweise Lagerflächen und Verkehrswege zur Verfügung.“

Auch bei sehr hohem Energiebedarf kommt es im Gegensatz zu Li-Ion-Geräten nicht zu Spitzen, die das Stromnetz belasten und hohe Kosten verursachen. Als Abfallprodukte der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entstehen Wasser und Wärme, der Antrieb belastet deshalb nicht die Umgebung mit schädlicher Emission. Wird der Wasserstoff zusätzlich aus regenerativen Energiequellen, wie beispielsweise Biogas, gewonnen, wird der positive Umweltbeitrag noch größer.

Höhere Produktivität, Nachhaltigkeit und lange Lebensdauer

Kai Hesse nennt „verbesserte Produktivität“ als einen der wesentlichen Vorteile der Brennstoffzellen-Technologie: „Im Gegensatz zu einem Batteriewechsel (10 bis 20 min) nimmt die Betankung mit Wasserstoff nur etwa zwei Minuten in Anspruch, dies spart deutlich Zeit.“ Hinzu kommt die „Nachhaltigkeit: Wasserstoff ist ein idealer Energiespeicher für erneuerbare Energien. Im Gegensatz zu anderen Energiearten entsteht als Emission reines Wasser, damit trägt die Technologie maßgeblich zu einer CO2-Reduktion bei.“

Lohnt sich dann eigentlich auch der Einsatz einzelner Stapler mit Brennstoffzellen-Antrieb oder ist eher der Einsatz mehrerer Geräte oder gar Flotten zu empfehlen? „Zunächst spielt natürlich die staatliche Förderung eine Rolle, inwieweit sich die Brennstoffzelle für den Anwender lohnt“, betont Fischer. „Aufgrund der hohen Anfangsinvestition in eine Wasserstoff-Infrastruktur, vor allem die Tankstelle mit hohen Sicherheitsstandards, ist der rentable Einsatz von Flurförderzeugen mit Brennstoffzellen eher als Flotte in einer Größenordnung ab 20 bis 30 Fahrzeugen zu empfehlen.“

Der Einsatz lohnt sich ab mindestens 20 Geräten

„Interessant ist der Einsatz von Staplern mit Brennstoffzellen-Antrieb insbesondere für Unternehmen, die eine zahlenmäßig große Flotte betreiben, Untergrenze sind zwanzig, besser jedoch fünfzig Geräte; und die zudem den Flurförderzeugen eine hohe Leistung abverlangen und sie im Dreischichtbetrieb mit hohen jährlichen Betriebsstundenzahlen einsetzen“, betont Weinberger. „Ein weiterer Punkt ist die notwendige Wasserstoff-Infrastruktur, sprich Tankstelle: Entsteht im Betrieb Wasserstoff als Abfallprodukt oder wird er bereits in der Produktion benötigt, ist dies ein zusätzliches Argument pro Brennstoffzellen-Antrieb.“

„Ein Entscheidungskriterium liegt in der Investition in die Infrastruktur für die Wasserstoffversorgung“, so Hesse. „Daher lohnt sich der Einsatz besonders bei großen Flurförderzeugflotten mit mehr als 30 Staplern an einem Standort. Weitere Indikatoren sind ein Mehrschichteinsatz sowie häufiger Batteriewechsel.“

Wie beurteilen die Hersteller die Zukunftsaussichten – generell und für ihr Unternehmen – von Staplern mit Brennstoffzellen-Antrieb im Vergleich zu Geräten mit Batterieantrieb oder klassischen verbrennungsmotorischen Antrieben? „Momentan beobachten wir einen spannenden Wettbewerb der Technologien: Neben der noch immer weit verbreiteten Blei-Säure-Batterie holt die Li-Ionen-Technologie immer mehr auf. Brennstoffzellen sind unter bestimmten Rahmenbedingungen, wie Flottenbetrieb, auch eine Alternative, etwa zum klassischen verbrennungsmotorischen Antrieb“, konstatiert Thomas A. Fischer.

Die Zukunftsaussichten des Brennstoffzellen-Antriebs sind vielversprechend

„Insbesondere die Fahrzeugverfügbarkeit bei gleichzeitiger CO2-Reduzierung beziehungsweise -auflösung spricht für die Brennstoffzellen-Technologie. Was diesen Trend heute noch hemmt, sind die Verfügbarkeit von Wasserstoff und hohe Investitionen in die Infrastruktur aufseiten der Betreiber. Wir von Still wollen unseren Kunden aber heute und auch in Zukunft unvoreingenommen und je nach Einsatzanforderung die für sie beste Technologie und Antriebstechnik anbieten.“

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„Die Zukunftsaussichten des Brennstoffzellen-Antriebs sind vielversprechend“, betont Weinberger. „Wir erwarten einen steigenden Anteil am Energiemix, sobald es gelingt, die Energieeffizienz weiter zu steigern und damit noch mehr Einsätze wirtschaftlich darzustellen. Aber es kommt immer auf die jeweilige Anwendung an, welcher Energiequelle der Vorzug gegeben werden sollte. Linde Material Handling verfolgt dabei den TCO-Ansatz und empfiehlt seinen Kunden das Antriebskonzept, welches über den gesamten Einsatzzeitraum mit geringsten operativen Kosten zu Buche schlägt.“

Steigende Nachfrage nach Staplern mit Brennstoffzelle

„Der Toyota-Konzern hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2050 die CO2-Emissionen im Unternehmen auf null zu reduzieren. Die Brennstoffzellen-Technologie kann hierzu einen entscheidenden Beitrag leisten“, betont Hesse. „Toyota setzt bereits in eigenen Produktionswerken Brennstoffzellen-Stapler erfolgreich ein und plant, dies weiter auszubauen. Generell kann die Technologie bereits heute als marktreif bezeichnet werden. Wir sehen zudem eine steigende Nachfrage unserer Kunden nach Flurförderzeugen mit Brennstoffzellen.“

Ergänzendes zum Thema
Pionierarbeit
Vielseitige Einsätze für den Roadster mit Brennstoffzellen-Antrieb

Mit dem Roadster-Konzept hat Linde Material Handling neue Maßstäbe hinsichtlich Sicht und Sicherheit bei Flurförderzeugen gesetzt. Jetzt werden diese Vorteile um „eines der aussichtsreichsten Energiesysteme, den Brennstoffzellen-Antrieb“, ergänzt. „Wir waren 1997 die Ersten, die sich intensiv mit dieser vielversprechenden Technologie beschäftigt und erste Geräte 2010 in die Serienfertigung aufgenommen haben“, so Markus Weinberger.

( Bild: Linde-MH )

„Heute verfügt die Marke Linde über das größte Angebot an Flurförderzeugen mit Brennstoffzellenantrieb im Markt: Rund 80 % aller Modelle sind mit der zukunftsträchtigen Energievariante bestellbar. Dazu gehören Niederhubwagen, Schlepper oder Schubmaststapler sowie Gegengewichtsstapler inklusive des Roadster-Modells. Da der Roadster seine Stärken vor allem im Indoor-Bereich ausspielt, erschien uns die Kombination mit Brennstoffzellen-Technologie ideal“, betont Weinberger.

„Weltweit haben wir bereits mehrere Tausend Geräte mit Wasserstoff-Brennstoffzelle ausgeliefert“, so Ken Dufford, Vice President Europe von Crown. „Die Technologie an sich ist also bereits da, funktionsfähig, und kann für bestimmte Einsatzbereiche auch eine gute Alternative zur Elektrotechnologie darstellen. So beispielsweise im Freien, wenn mit schweren Lasten gearbeitet wird und vor allem überall dort, wo keine Batterieladestationen zur Verfügung stehen. Die Brennstoffzelle zeigt durchaus Potenzial, sie lässt sich beispielsweise in nur drei bis vier Minuten aufladen. Crown unterstützt alle Kunden, die sich mit dem Einsatz von Brennstoffzellen befassen möchten. Unsere Stapler können an alle erhältlichen Batterie-Emulatoren für Brennstoffzellen angepasst werden. Die Verwendung von Wasserstoff-Brennstoffzellen wird in den USA übrigens von der Regierung subventioniert“, betont Dufford. „Wenn sich dieser Antrieb wirtschaftlich rechnen soll, dann ist es an der Politik, auch in Europa entsprechende Rahmenbedingungen dafür zu schaffen.“ ■

Ergänzendes zum Thema
Rekord
Großeinsatz für Brennstoffzellen-Stapler

Das französische Handelsunternehmen Carrefour setzt in seiner neuen Logistikbasis in Vendin-Le-Vieil in Nordfrankreich auf eine wasserstoffbetriebene Flotte von 137 Lagertechnik-Fahrzeugen von Still. Dies ist europaweit der bisher größte Einsatz von Brennstoffzellen-Staplern. Mit diesem von der EU geförderten Projekt „Hylift Europe“ setzen die Partner einen Meilenstein für den Einsatz von Wasserstoff als alternative Energiequelle und beweisen, dass sich die Technologie im harten Logistikalltag bewährt.

( Bild: Still )

Still, als Projektpartner für die innerbetriebliche Logistik, hat für das Projekt insgesamt 137 Lagertechnikfahrzeuge für den Brennstoffzellen-Einsatz ausgerüstet: 36 FM-X-Schubmaststapler, 78 CX-S-Horizontalkommissionierer, 6 EXD-S-Doppelstock-Hochhubwagen und 17 EXU-S- Niederhubwagen.

Rund 260 Filialen werden von der neuen Logistikbasis beliefert. Die Mitarbeiter kommissionieren im Zwei- bis Dreischichtbetrieb Voll- und Mischpaletten mit den Waren für die einzelnen Filialen. Die Verfügbarkeit der Fahrzeuge hat deshalb eine hohe Priorität. Ein Vorteil von Wasserstoff als Energiequelle liegt in der schnellen Betankung der Fahrzeuge: In nur drei Minuten ist die Brennstoffzelle wieder befüllt und hat Energie für bis zu sechs bis acht Stunden Betrieb.

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