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Innovation

Effiziente Hochstapler

Im Speditionsterminal von DB Schenker in Hörsching bei Linz, Österreich fahren Gabelstapler statt mit Bleiakkus mit Brennstoffzellen. So geht keine Zeit durch Batteriewechsel verloren und die CO2-Emissionen der Staplerflotte sinken. Freudenberg Performance Materials liefert eine Schlüsselkomponente für das effiziente und umweltfreundliche Antriebspaket: die Gasdiffusionslage.

Stapler 4 ist ein robuster Dauerarbeiter. Still und fleißig surrt der feuerrote Palettenhubwagen durch die Gänge des Speditionsterminals von DB Schenker in Hörsching bei Linz. Greift sich eine Paketpalette, steuert den LKW an und wuchtet die Fracht mit seinen pfeilförmigen Gabelspitzen in die Ladefläche.

Für die rund 30 Lagerkräfte in dem 8000 Quadratmeter großen Warenumschlagzentrum sind Gabelstapler das wichtigste Arbeitsgerät: 22 der packfreudigen Gewichtheber helfen ihnen beim Entladen, Umlagern und Weiterverladen. Ein Karbonfaser-Vliesstoff von Freudenberg steigert die Antriebsleistung der Stapler und trägt dazu bei, dass die Lagerkräfte ihr Arbeitspensum auch künftig bewältigen. Mehr als 1100 Lkw mit 180.000 Packstücken docken pro Monat am Terminal an, Durchschnittsgewicht 184 Kilogramm. Die meisten Pakete gehen nach Deutschland. „Je nachdem wie schnell und effektiv ein Fahrer die Fracht verlädt, steigt oder fällt die Produktivität“, sagt Thomas Ziegler, Geschäftsleiter von DB Schenker am Standort Linz.

1,1 Millionen Neufahrzeuge

Flurförderzeuge, dazu zählen unter anderem Gabelstapler, Lagertechnikgeräte und Hubwagen, sind derzeit der weltweit größte Markt für Elektromobilität: Pro Jahr kommen laut World Industrial Truck Statistics (WITS) rund 1,1 Millionen Neufahrzeuge auf den Markt, etwa die Hälfte davon elektrisch betrieben.

Die Umschlagleistung in Terminals wie in Hörsching dürfte in Zukunft noch wachsen: Bis 2020 wird der Güterverkehr in Deutschland auf der Straße um 34 Prozent, auf der Schiene um 55 Prozent steigen, prognostiziert die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften. Um den Paketberg zu bewältigen und die CO2-Emissionen möglichst gering zu halten, sind Logistikunternehmen mehr denn je auf effiziente, umweltfreundliche Staplerflotten angewiesen.

E-Mobile boomen – im Güterverkehr

Anders als im Güterverkehr auf öffentlichen Straßen boomt beim Warentransport auf Betriebsgeländen der Elektroantrieb: Seit 2009 werden in Europa mehr Elektro-Stapler verkauft als Modelle mit Verbrennungsmotor. In geschlossenen Räumen, aber auch unter freiem Himmel in Industrieparks oder auf Flughäfen, können die Stromer ihre Vorteile ausspielen: Sie sind leise, abgasfrei und dank eigener Ladeinfrastruktur nicht auf ein flächendeckendes Netz öffentlicher Ladestationen angewiesen.

Ziegler

 

„Anfangs waren die Fahrer etwas scheu, inzwischen reißen sie sich um die Brennstoffzellenstapler. Manche kommen deshalb sogar früher zur Schicht.“

Thomas Ziegler, Geschäftsleiter von DB Schenker am Standort Linz

Doch rein batteriebetriebene Gabelstapler haben auch Schwächen. Die meisten fahren mit Bleisäurebatterien, auch ein Großteil der Stapler in Hörsching. Alle sechs bis acht Stunden muss ihr Akku gewechselt und aufgeladen werden. „Eine Batterie wiegt bis zu 250 Kilogramm. Die Fahrer schieben sie zu zweit – auch im Hochsommer oder im Winter. Das ist trotz Hebe- und Rollvorrichtung anstrengend“, weiß Terminalleiter Ziegler. Der Austausch dauert etwa eine Viertelstunde – solange steht das Fahrzeug still. Bei extremer Hitze oder Kälte oder wenn der Akku fast leer ist, fällt zudem die Leistung ab: Der Stapler fährt langsamer, die Produktivität sinkt.

Die Logistikbranche forscht daher an alternativen Antriebskonzepten. Seit 2013 fahren zehn Linde-Niederhubwagen durch das Terminal in Hörsching, die statt herkömmlicher Blei-Säure-Batterien ein Brennstoffzellen-Hybridsystem antreibt. Der Feldtest ist Teil des Forschungsprojekts E-LOG-Biofleet: Der Batterieladespezialist Fronius und der Flurfahrzeugehersteller Linde Material Handling wollen belegen, dass Stapler mit Wasserstoff im Tank effizienter und umweltfreundlicher fahren. Die beiden Projektpartner haben ein Brennstoffzellen-Hybridsystem entwickelt, das Bleiakkus in elektrischen Gabelstaplern und Lagertechnikgeräten ersetzen soll. Das System wird mit Wasserstoff „betankt“, den eine Brennstoffzelle in elektrische Energie umwandelt. Ein Hochleistungsakku liefert bei Bedarf zusätzlich Schub. Um den Antrieb im Betriebsablauf zu testen, holten die Unternehmen DB Schenker und weitere Projektpartner ins Boot.

Transportprofi aus Carbonfasern

In einer Wasserstoff-Brennstoffzelle verbindet sich Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff zu Wasser. Dabei werden Elektronen freigesetzt, die als elektrischer Strom genutzt werden können. Den Sauerstoff liefert die Luft; der Wasserstoff kann zum Beispiel – wie im Speditionsterminal in Hörsching – aus Bioerdgas gewonnen werden. Eine der Schlüsselkomponenten der Brennstoffzelle ist die Gasdiffusionslage (GDL). Die gasdurchlässige Schicht aus Karbonfasern transportiert die Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff zu den Elektroden und leitet die dort erzeugte Elektrizität und Wärme ab. GDL von Freudenberg Performance Materials lassen sich sehr gut verarbeiten und ermöglichen eine hohe erreichbare Leistungsdichte der Brennstoffzelle. Aufgrund ihrer Struktur überzeugen sie mit einer für Karbonfaser-Komponenten hohen mechanischen Dauerstabilität. Sie arbeiten als Transportprofis in Brennstoffzellen auch für Autoantriebe, Heizungen, stationäre Stromerzeuger oder Notstromaggregate.

Stapler

Saft für ein ganzes Staplerleben

Thomas Ziegler ist nach vier Jahren Praxistest begeistert von den Brennstoffzellenstaplern: „Kein Batteriewechsel mehr, das Betanken dauert nur noch zwei bis drei Minuten und die Leistung fällt nicht ab. Jeder Stapler, der verfügbar und unter Volllast einsetzbar ist, erleichtert uns die Arbeit.“ Weiterer Pluspunkt: Die Brennstoffzelle hält ein ganzes Staplerleben, rund 15.000 Betriebsstunden. Bei Bleisäurebatterien ist nach etwa 4000 Stunden Schluss. Dann müssen die Akkus unter hohem Energieaufwand entsorgt und wiederaufbereitet werden.

Unterm Strich liegen die CO2-Emissionen der Brennstoffzellenstapler fast zwei Drittel niedriger als bei Fahrzeugen, die mit Bleisäurebatterien und Strom aus dem österreichischen Energiemix fahren. Für DB Schenker ein wichtiger Aspekt: Bis 2020 will der Logistikkonzern seine CO2-Emissionen um 20 Prozent senken.

Den Wasserstoff produziert DB Schenker dezentral aus umweltfreundlichem Biogas in einer Anlage auf dem Betriebsgelände. Zum Betanken entstand die erste Indoor-Tankanlage für Wasserstoff in Europa. „Für die Behörden war das Neuland. Es war extrem schwierig, eine Genehmigung zu bekommen“, erinnert sich Ziegler. Wasserstoff, 14-mal leichter als Luft, entweicht bei einem Austritt nach oben und wird im Freien zu einem harmlosen Gemisch verdünnt. In der Halle ist diese Verdünnung nicht garantiert. Daher steht der Stapler beim Tanken...beim Tanken unter einer Abzugshaube, die die Umgebungsluft ansaugt. Bei einem Fehler wird entweichendes Gas sofort abgeleitet.

62% Leistungssteigerung

Die Ingenieure verkleinerten den Wasserstofftank um ein Fünftel, steigerten aber die Leistung der Energieeinheit um satte 62 Prozent. Das gelang vor allem durch eine extrem kompakte Anordnung der Bauteile.

Eine Herausforderung war auch die Integration des Energiepakets: Zelle, Tank und Zusatzakku wurden in einem Niederhubwagen von Linde verbaut. „Alle Komponenten mussten in die Abmessungen eines Standardbatterietrogs passen“, sagt Projektleiter Dr. Ewald Wahlmüller von Fronius. Die Ingenieure verkleinerten den Wasserstofftank um ein Fünftel, steigerten aber die Leistung der Energieeinheit um satte 62 Prozent im Vergleich zum Vorgängerversion, die als Prototyp im eigenen Werk bei Fronius erstmalig getestet wurde. Das gelang vor allem durch eine extrem kompakte Anordnung der in Spritzgussteilen zusammengeführten Komponenten.

Stofftransport mit Carbonfasern

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„Die Gasdiffusionslage ist eine Schlüsselkomponente der Brennstoffzelle. Sie spielt eine wichtige Rolle, um die Leistungsdichte zu erhöhen.“

Volker Banhardt, Vertriebsleiter von Freudenberg Fuel Cell Components Technology

Um mehr Leistung aus der Brennstoffzelle herauszuholen, spielte auch die Gasdiffusionslage (GDL) eine wichtige Rolle. Die gasdurchlässige Schicht aus Karbonfasern leitet die Reaktionsgase Sauerstoff und Wasserstoff zu den Elektroden, wo die elektrochemische Reaktion stattfindet. „Die GDL muss die Reaktanden möglichst optimal an die Elektroden verteilen, damit sich die Reaktion homogener nutzen lässt, sowie das Reaktionsprodukt Wasser entsprechend sicher abführen. Damit hat sie einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsdichte der Brennstoffzelle “, sagt Dr. Volker Banhardt, Vertriebsleiter Fuel Cell Products von Freudenberg Performance Materials. Dank ihrer exzellenten Transporteigenschaften verbessert die GDL von Freudenberg die Antriebsleistung der Stapler. Zudem lässt sich das Material einfach handhaben und ist extrem stabil (s. Info-Kasten).

Bis Ende 2018 will DB Schenker die gesamte Staplerflotte in Hörsching auf Wasserstoff umrüsten. Bei den Fahrern kommt die neue Technik gut an, sagt Thomas Ziegler: „Anfangs waren sie etwas scheu, aber inzwischen reißen sie sich um die Stapler. Manche kommen deshalb sogar früher zur Schicht.“

fuelcellcomponents.freudenberg-pm.com
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