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20.08.2009 • Neuer Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid vor Großversuch

Emissionsfrei im Betrieb, flüsterleise und ressourcenschonend: Mit dem neuen Citaro FuelCELL-Hybrid stößt Mercedes-Benz die Tür zur Zukunft des Stadtbusantriebs weit auf. Auf den Prototyp, der erstmals im Juni 2009 auf dem UITP-Weltkongress in Wien vorgestellt wurde (siehe Regionalverkehr 4-2009), folgt bereits in Kürze eine Kleinserie. 2010 startet ein Großversuch mit zehn Kundenfahrzeugen in Hamburg; angestrebtes Ziel sind weitere Kundenversuche auf europäischer Ebene.

Der erste Brennstoffzellenhybridbus von Mercedes-Benz kombiniert mit seinem neuartigen Fahrzeugkonzept Elemente von bereits erprobten Mercedes-Benz-Brennstoffzellenbussen, des dieselelektrischen Citaro G BlueTec Hybrid sowie technische Weiterentwicklungen zu einem neuen Antriebskonzept. Die Plattform bildet der Citaro-Stadtbus.

Analog zum Citaro mit Brennstoffzellenantrieb der ersten Generation ist die Technik des Citaro FuelCELL-Hybrid überwiegend Platz sparend unter einer Verkleidung auf dem verstärkten Dach montiert. Vorn sind die Druckgasbehälter für den Wasserstoff untergebracht. Sie stammen als einzige Elemente unmittelbar vom Vorgängerbus, alle anderen Komponenten wurden neu entwickelt. Da die Antriebstechnik den Verbrauch erheblich verringert, konnte die Zahl der Tanks von neun auf sieben Behälter mit zusammen 35 Kilogramm Wasserstoff reduziert werden.

Unmittelbar hinter den Gasflaschen sind Traktionsbatterien in Lithium-Ionen-Technik angeordnet, eine Premiere für Brennstoffzellenbusse. Die Akkus haben eine Kapazität von 27 Kilowattstunden, genug für den Antrieb der Elektromotoren mit konstant 120 Kilowatt. Mit dem Strom aus den Energiespeichern kann der Bus mehrere Kilometer allein batteriebetrieben fahren. Zugunsten höchster Leistung und Effizienz sind die Batterien wassergekühlt, da Lithium-Ionen-Batterien idealerweise in einem Temperaturbereich zwischen 15 und 55 Grad Celsius arbeiten.

Hinter der mittig auf dem Dach angeordneten Klimaanlage für den Fahrgastraum folgen als Herz des Antriebs zwei Brennstoffzellenstacks. Sie sind nebeneinander angeordnet, arbeiten jedoch unabhängig voneinander. Auch sie erzeugen Strom für eine Dauerleistung der E-Motoren von 120 Kilowatt. Die Stacks enthalten jeweils 396 einzelne Brennstoffzellen. Zwischen den Stacks befinden sich die Dosieranlagen für den Wasserstoff sowie die Luftzufuhr der Brennstoffzellen. Die Brennstoffzellenstacks des Citaro FuelCELL-Hybrid unterscheiden sich deutlich von den Stacks der vorherigen Busgeneration. Ihre Lebensdauer ist um rund 50 Prozent auf mindestens sechs Jahre verlängert. Auch der Wirkungsgrad liegt deutlich höher: Er erreicht jetzt einen Wert von 51 bis 58 Prozent; die erste Generation kam auf 38 bis 43 Prozent.

Hinter den Stacks sind Wärmetauscher montiert. Sie nutzen die Abwärme der Brennstoffzellen zur Beheizung des Fahrgastraums. Wird keine Heizung benötigt oder entsteht mehr Wärme als dafür notwendig, führen vier Gebläse die Warmluft ab. Aus dem heckseitig montierten Auspuff des Busses entweichen keinerlei Schadstoffe, hier tritt ausschließlich Wasserdampf aus.

Plattform des Citaro FuelCELL-Hybrid ist ein zwölf Meter langer Solostadtbus mit drei Türen. Sind im Heck des Citaro mit Dieselantrieb hintereinander der stehende Motor, das Automatikgetriebe und die Antriebsachse angeordnet, so ist die Architektur des neuen Busses anders ausgeführt. Hier sind nun Elektronik- und Elektrikbausteine zum Antrieb der Nebenaggregate wie Lenkhelfpumpe, Klimaanlage und Druckluftkompressor untergebracht. Wo beim Dieselbus üblicherweise das Automatikgetriebe zu finden ist, sind auf der linken Seite nun zwei Wechselrichter eingebaut. Den Zentralmotor aus der ersten Generation der Brennstoffzellenbusse haben wassergekühlte Asynchron-Radnabenmotoren abgelöst. Sie erreichen zusammen eine Dauerleistung von 120 Kilowatt und eine Maximalleistung von 160 Kilowatt Anfahrleistung. Sie stammen ebenso unverändert aus dem Citaro G BlueTec Hybrid wie Wechselrichter und Batterien.

Der gesamte Antrieb ist auf große Effizienz ausgelegt. So profitiert die Wirtschaftlichkeit der Citaro FuelCELL-Hybrid ebenso wie der dieselgetriebene Hybridbus von Rekuperation, also der Rückgewinnung der Bremsenergie. Diese Technik spart je nach Verkehrsverhältnissen und Topografie zwischen etwa 10 und 25 Prozent Wasserstoff. Hinzu kommt das ausgefeilte Energiemanagement des seriellen Hybridantriebs. So kann der Citaro FuelCELL-Hybrid je nach Topografie eine Strecke von etwa 2 bis 3 Kilometern allein batteriebetrieben zurücklegen. Benötigt der Bus seine volle Antriebsleistung, zum Beispiel beim Beschleunigen oder an extremen Steigungen, wird der Brennstoffzellenantrieb zur Unterstützung der Traktionsbatterie zugeschaltet. Hocheffiziente Brennstoffzellen, der verringerte Wasserstoffvorrat mit entsprechend geringerem Gewicht und der bedarfsgerechte elektrische Antrieb aller Nebenaggregate senken den Verbrauch ebenfalls. In Summe resultiert daraus ein Verbrauch von nur etwa 11 bis 13 Kilogramm Wasserstoff pro 100 Kilogramm. Zum Vergleich: Die Vorgängerbusse mit Brennstoffzellenantrieb verbrauchten auf dieser Distanz etwa 22 Kilogramm Wasserstoff.

Zum Minderverbrauch trägt ebenso das verringerte Gewicht bei: Trotz der zusätzlichen Batterien wiegt der Citaro FuelCELL-Hybrid mit einem Leergewicht von etwa 13,2 Tonnen rund eine Tonne weniger als sein Vorgängermodell. Entsprechend höher liegt die Fahrgastkapazität. Verantwortlich für das niedrigere Gewicht sind unter anderem der Entfall des Automatikgetriebes, leichtere Brennstoffzellenstacks und eine kleiner dimensionierte Kühlung. Hinzu kommt der verringerte Wasserstoffvorrat. Trotzdem steigt die Reichweite, abhängig von der Topografie, von etwa 200 auf rund 250 Kilometer. Das entspricht, ebenso wie die Fahrleistungen, den Werten eines konventionellen Dieselbusses.

Bei der Entwicklung der ersten Generation Brennstoffzellenbusse stand über Risikominimierung und Zuverlässigkeit hinaus vor allem die Funktion im Vordergrund. Nach dem Beweis der langfristigen Funktionsfähigkeit rückt nun im nächsten Schritt eine Optimierung des Verbrauchs und generell die Wirtschaftlichkeit in den Fokus. Dazu gehört auch die nochmals gesteigerte Zuverlässigkeit und Dauerhaltbarkeit. So entsprechen zum Beispiel die Ventile zur Dosierung des Wasserstoffs nun ebenso den besonderen Anforderungen für den Einsatz in einem Straßenfahrzeug wie die Leistungselektronik. Sämtliche Aggregate sind nicht nur bedarfsgerecht gesteuert sondern werden gleichzeitig im Sinne größter Langlebigkeit schonend und individuell belastet. Auch die Verfügbarkeit von zwei Energiequellen minimiert die Belastung des Antriebs.

Mercedes-Benz Omnibus wird den Citaro FuelCELL-Hybrid ab dem kommenden Jahr in einem Flottentest zusammen mit der Hamburger Hochbahn im Praxiseinsatz auf der Linie intensiv erproben. Zu diesem Zweck wird eine Kleinserie von zehn Omnibussen aufgelegt. Dieser Flottentest wird unterstützt vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung. Angestrebtes Ziel ist darüber hinaus ein europaweiter Großversuch in mehreren Städten.

Den kompletten Artikel lesen Sie in Regionalverkehr 06-2009.
Erscheinungstag: 29.10.2009