Einsatz einer wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugflotte unter Produktionsbedingungen
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Ergebnispräsentation H2IntraDrive am 23.11.2015 im BMW-Werk Leipzig

Am Montag 23. November 2015 findet im BMW-Werk Leipzig die Ergebnispräsentation des Forschungsprojektes H2IntraDrive statt. Interessierte Teilnehmer können sich bei Hr. Micheli unter micheli@fml.mw.tum.de melden. Bei zu hoher Teilnehmerzahl wird die Teilnahme auf einen Vertreter pro Unternehmen begrenzt bzw. ausgelost.

Ergebnisse der Onlineumfrage über wasserstoffbetriebene Flurförderzeuge

Der Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) TUM führte von Mai bis August 2015 eine Online-Umfrage zum Thema Einsatz von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen durch. Insgesamt wurden weltweit 109 Experten aus Industrie und Forschung befragt.

Die Auswertung der Onlineumfrage steht kostenlos über die Homepage des Lehrstuhls fml als Download bereit und kann hier heruntergeladen werden.

Leitfaden für den Einsatz von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen steht zum Download bereit

Im Rahmen des Leitfadens werden alle notwendigen Schritte sowie das notwendige Wissen von der Projektidee bis zur Inbetriebnahme von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen und der hierfür benötigten Infrastruktur beschrieben. Ferner werden notwendige Genehmigungen und Sicherheitsmaßnahmen aufgezeigt.

Der Leitfaden steht kostenlos über die Homepage des Lehrstuhl fml als Download bereit und kann hier heruntergeladen werden.

Motivation

Neue Produkte wie der BMW i3 und i8 haben unter anderem das Ziel neue Maßstäbe im Bereich nachhaltige Produktion zu setzen. Dies ist nur durch die Kombination einer Vielzahl von Maßnahmen und Technologien zur Reduktion des Energieverbrauchs und des CO2-Ausstoßes in einzelnen Teilbereichen möglich.

CFK-Karosseriebau BMW i3



In der Intralogistik werden seit vielen Jahren batteriebetriebene Flurförderzeuge eingesetzt. Nachteil beim Einsatz von batteriebetriebenen Flurförderzeugen ist die Batterie (z. B. Blei-Säure-Batterie) und das damit verbundene Batteriemanagement. Infolgedessen entsteht durch lange Ladezeiten, speziell abgesonderte Laderäume, Gefahr durch Säureauslauf, Ersatzbatterien und deren Mehrfachhandling ein erhöhter Kosten- und Ressourcenaufwand.

Hinsichtlich der angesprochenen Aspekte bieten brennstoffzellenbetriebene Flurförderzeuge im Vergleich zu batteriebetriebenen Flurförderfahrzeugen Vorteile. Flurförderzeuge mit Brennstoffzellenantrieben bieten in Kombination mit grünem Wasserstoff das Potenzial zu geringerem CO2-Ausstoß. Darüber hinaus erhöhen kurze Wiederbetankungszeiten die Einsatzzeiten bzw. Produktivität der Flurförderzeuge und erübrigen zeit- und ressourcenaufwendige Batteriewechsel. Des Weiteren kann der Großteil der benötigten Wasserstoff-Infrastruktur ins Freie verlagert werden, was zu Platzersparnissen in den Produktionshallen führt.

Ungeachtet dieser und weiterer Vorteile von Brennstoffzellensystemen sind in Europa lediglich einzelne prototypenhafte Anwendungen bekannt. Diese Prototypen haben bis heute weder den Sprung zum Serienfahrzeug geschafft, noch wurde deren Einsatz nach der Prototypenphase weiter verfolgt. Gründe dafür sind unter anderem die fehlende Betrachtung einer ganzheitlichen Produktionsversorgung mit brennstoffzellenbetriebenen Flurförderzeugen und die dadurch fehlenden Potenzialnachweise für einen flächendeckenden Einsatz.

Durch das Projekt H2IntraDrive sollen diese Vorteile in einem vollproduktiven Umfeld untersucht und bewertet werden. Mit dem Ziel, Flurförderzeuge mit Brennstoffzellenantrieb langfristig zur Industriereife zu befähigen und damit eine gesamthaft nachhaltigere Produktion zu ermöglichen.

Projektbeschreibung

Während der vergangenen Projektzeit wurde, im Rahmen des im Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) geförderten Forschungsprojekt H2IntraDrive mit den Partnern BMW, Linde Material Handling und dem Lehrstuhl fml der Technischen Universität München, an der Umsetzung von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen gearbeitet.
Hierfür wurden von Linde Material Handling insgesamt 5 Gabelstapler und 6 Routenzugschlepper mit Brennstoffzellenantrieb entwickelt, welche im Rahmen dieses Leuchtturmprojektes bei BMW im CFK-Karosseriebau der BMWi-Fahrzeuge (BMW i3 und i8) erprobt werden. Die Flurförderzeuge mussten bei der Entwicklung von Linde Material Handling für die Verwendung mit Brennstoffzellensystemen angepasst werden, wobei umfangreiche Chassis-Anpassungen notwendig waren.

Einsatz von Routenzugschlepper und Gabelstabler mit Brennstoffzellensystem im BMW Werk Leipzig



Im Bereich der Infrastruktur kann nun bei BMW auf den Batterieladeraum inkl. Ladestationen verzichtet werden. Stattdessen wurde eine Wasserstoffinfrastruktur zur Versorgung der Flurförderzeuge aufgebaut. Dafür wurde die erste Indoor-Betankungsanlage für wasserstoffbetriebene Flurförderzeuge in Deutschland errichtet und nach BImSchG bewilligt, mit deren Hilfe Flurförderzeuge direkt in der Werkshalle betankt werden können.

Indoor-Wasserstoff-Betankungsanlage im H2Intradrive Projekt



Die Wasserstoffinfrastruktur besteht zudem aus Wasserstoffbündelspeicher und einer Betankungsanlage (beides Outdoor).

Wasserstoff-Betankungsanlage (weißer Container) und Wasserstoffbündelspeicher (rote Gas-Bündel) im H2IntraDrive Projekt



Bedingt durch die Entwicklungskosten und geringen Stückzahlen der Brennstoffzellensysteme, Flurförderzeuge und Wasserstoff-Infrastruktur war die Investition höher als bei konventionellen Flurförderzeugen. BMW ist zuversichtlich das zum einen die Anschaffungskosten durch Skaleneffekte bei höheren Stückzahlen sinken werden und zum anderen die Vorteile im Betrieb die höheren Investitionen größtenteils kompensieren können.

Die im Rahmen des Projektes H2IntraDrive geplanten wissenschaftlichen Untersuchungen haben daher das Ziel, Erkenntnisse in den Bereichen Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit und ökologische Nachhaltigkeit von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen im Serienbetrieb zu gewinnen. Im Bereich der Zuverlässigkeit werden Störungen, daraus resultierende Reparaturen und Wartungen dokumentiert und ausgewertet sowie Stillstandszeiten erhoben. In Kombination mit der zeitlichen Bewertung von betriebsnotwendigen Handhabungsprozessen kann darauf folgend die Einsatzverfügbarkeit bestimmt werden, welche wiederum für die ökonomische Bewertung erforderlich ist.

Für die Bewertung der Wirtschaftlichkeit müssen neben den Anschaffungs- und Entsorgungskosten die Betriebskosten ermittelt werden. Neben den Kosten für einen eventuellen Austausch von Batterien bzw. Brennstoffzellensystemen spielen hierbei der Verbrauch an Wasserstoff bzw. elektrischem Strom und damit zusammenhängende Kosten eine wichtige Rolle. Dieser wird durch Messungen für verschiedene Anwendungen bestimmt. Nach der Beurteilung der Rahmenbedingungen bei BMW wird ein Modell zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit variierender Anwendungsszenarien bzw. Rahmenbedingungen wie z. B. Flottengröße, Wasserstoffpreis oder Energieverbrauch entwickelt. Durch anschließende Sensitivitätsanalysen können Mindestanforderungen, unter welchen ein Einsatz von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen wirtschaftlich sinnvoll ist, abgeleitet werden.

Im Bereich der ökologischen Nachhaltigkeit werden CO2-Emmissionen der wasserstoff- bzw. batteriebetriebenen Flurförderzeuge bestimmt. Batterien, elektrischer Strom, Brennstoffzellensysteme, Wasserstoff und im Rahmen von Wartungen getauschte Ersatzteile stellen dabei die größten Einflussfaktoren dar.

Das bei der Umsetzung des Projektes gewonnene Wissen über Wasserstoffinfrastruktur, -flurförderzeuge und behördliche Genehmigungen wurde in einem Leitfaden gebündelt.

Nach erfolgreicher Erprobung und positiven Bewertung der Wasserstofftechnologie bei Flurförderzeugen könnte bei BMW ein flächendeckender Rollout der Flurförderzeuge in Deutschland erfolgen. Ein zukünftiges Ziel ist die Grundsteinlegung für einen möglichen flächendeckenden Einsatz von brennstoffzellenbetriebenen Flurförderfahrzeugen in Deutschland und Europa.

Projektziele

Neben der Grundsteinlegung für einen flächendeckenden Einsatz von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeuge in Deutschland und Europa werden folgende Projektziele verfolgt:
  • Erfolgreiche Marktreife von Flurförderzeugen mit Brennstoffzellenantrieb
  • Entwicklung und Einsatz von wasserstoffbetriebenen Gabelstapler und Routenzugmaschinen
  • Aufbau der ersten Wasserstoff-Indoor-Betankungsanlage für Flurförderzeuge in Deutschland
  • Erforschung der Leistung und Belastung von Brennstoffzellen-Flurförderzeugen und Infrastruktur
  • Erforschung der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit
  • Einsatz von grünem Wasserstoff


                       

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