Brenselcellen som skal erstatte diesel

Les bakgrunn:

Hydrogen klar for neste steg hos MB

NextGen er fysisk utformet for å passe der en tradisjonell forbrenningsmotor har sittet i flere generasjoner. Brenselcellepakken er dimensjonert for å passe under hytta i en tung lastebil og er eksplisitt utviklet som en erstatning for en 13-liters dieselmotor. Med en lengde på 1.290 millimeter, bredde på 680 millimeter og høyde på 960 millimeter har systemet et format som gjør integrasjonen mulig uten omfattende endringer i kjøretøyets grunnarkitektur. Vekten på selve brenselcellesystemet ligger på om lag 500 kilo, noe som er tilpasset kravene til aksellaster og nyttelast i tung langtransport.

Selv om brenselcelleløsningen visuelt fremstår som to sammenkoblede moduler i motorrommet, utgjør disse én samlet brenselcellepakke. I motsetning til tidligere såkalte «twin»-løsninger, der to separate brenselcellesystemer arbeidet parallelt, er luftforsyning, kjøling og styring i NextGen samlet i én integrert systemarkitektur. Dette reduserer kompleksitet, varmeutvikling og behovet for plass rundt drivlinjen.

Dette grepet er avgjørende. Hydrogen kan ikke bli en reell drivlinjeløsning i tungtransport dersom hvert kjøretøy må konstrueres fra bunnen av. NextGen er derfor pakket slik at kjøretøyprodusenter kan beholde ramme, førerhusløsninger og påbyggsprinsipper, samtidig som energikilden byttes ut.

Single system pakke, færre deler, lavere risiko

NextGen er bygget som et såkalt single system package. Hele brenselcellesystemet – cellestakk, luftsystem, kjøling og kraft­elektronikk – er samlet i én integrert enhet. Dette står i kontrast til tidligere løsninger, der flere moduler måtte kobles sammen i kjøretøyet. Ved å samle systemet i én pakke reduseres kompleksiteten med rundt 40 prosent. For tungtransport betyr dette færre komponenter, færre potensielle feilkilder og enklere vedlikehold. Samtidig gir det bedre forutsetninger for industriell produksjon i stort volum, med høy repeterbarhet og jevn kvalitet.

Effekt, virkningsgrad og varme i praksis

NextGen er utviklet for å levere opptil 375 kW kontinuerlig netto effekt, tilsvarende godt over 500 hestekrefter, over lange tidsperioder. Det er et avgjørende poeng i tung langtransport, der fremkommelighet og gjennomsnittshastighet avhenger av evnen til å holde høy effekt stabilt, ikke bare levere korte topper. Samtidig er overskuddsvarmen redusert med rundt 40 prosent ved høy belastning, noe som gir lavere kjølebehov og mer kompakt pakking i kjøretøyet.

Forbedringene handler ikke om en «magisk» ny brenselcellekjemi, men om hvordan systemet er bygget og brukes i praksis. Ved å samle ytelsen i ett integrert brenselcellesystem kan hver enkelt celle arbeide med lavere strøm­tetthet og mer stabile driftsforhold. Det gir høyere cellespenning og lavere interne tap, noe som løfter virkningsgraden uten å øke belastningen på materialene. Kombinert med presis styring av luftmengde, trykk og fuktighet kan brenselcellen holdes innenfor sitt mest effektive arbeidsområde gjennom store deler av kjøresyklusen. Resultatet er høy kontinuerlig ytelse, mindre varmeutvikling og bedre totaløkonomi, ikke fordi cellene presses hardere, men fordi de jobber roligere og mer optimalt.

Slik fungerer systemet i praksis

I praktisk drift fungerer NextGen som et kontinuerlig arbeidende kraftverk. Flytende hydrogen fordamper kontrollert og tilføres brenselcellen i nøyaktig den mengden som trengs for ønsket effekt. Samtidig hentes oksygen fra omgivelsesluften via et integrert luftsystem som regulerer både luftmengde og trykk. Den elektriske energien støttes av et bufferbatteri på 101 kWh, som tar effekttopper, lagrer energi fra regenerering og gjør det mulig for brenselcellen å arbeide jevnt og effektivt over tid.

Varmehåndtering kompakt pakking

En av de viktigste forbedringene i NextGen er reduksjonen i overskuddsvarme. Ved 300 kW netto effekt er spillvarmen redusert med rundt 40 prosent sammenlignet med tidligere generasjoner. Mindre varme betyr mindre kjølebehov. Dermed kan kjølesystemet gjøres mer kompakt og bygger mye mindre bak hytten enn den tidligere versjonen.

Effektivitet og forbruk i reell tungtransport

For en 40 tonns semi i langtransport oppgis hydrogenforbruket til under 6 kilo per 100 kilometer, tilsvarende rundt 16,4 kilometer per kilo hydrogen. Sammenlignet med forgjengeren er forbruket redusert med rundt 20 prosent. Dette er tall basert på realistiske kjøresykluser, med høy totalvekt og kontinuerlig belastning. For hydrogen er dette avgjørende, ettersom drivstoffkostnaden er den største enkeltfaktoren i totaløkonomien.

Levetid – dimensjonert for et lastebilliv

NextGen er utviklet for en forventet levetid på rundt 25.000 driftstimer, tilsvarende inntil 10 års bruk. Dette er mulig fordi systemet er konstruert for stabil drift, med begrensede effektsvingninger og lav termisk belastning. Ved å la brenselcellen arbeide i et optimalt område over tid, reduseres degradering og slitasje betydelig, sammenlignet med tidligere generasjoner.

Fra NECAR 1 til NextGen – nesten 30 års utvikling

Utviklingsløpet bak NextGen strekker seg langt tilbake. Allerede i 1994 presenterte Daimler NECAR 1, et tidlig brenselcellekjøretøy basert på en varebil. Den gangen var systemet stort, tungt og langt fra praktisk, men det viste at teknologien fungerte. I årene som fulgte ble brenselceller videreutviklet i personbiler, varebiler og busser. Særlig kollektivtransport ga viktig erfaring med kjøretøy som går mange timer hver dag. Rundt 2010 ble det klart at brenselceller hadde sitt største potensial i tunge kjøretøy med lange kjørestrekninger og korte fyllingstider. Etableringen av cellcentric, eid av Daimler Truck og Volvo Group, samlet denne erfaringen i ett industriprosjekt. NextGen er resultatet av dette arbeidet, et system utviklet for industriell drift.

Når hydrogen blir industri

NextGen markerer et skifte i hvordan hydrogen vurderes i tungtransport. Det handler ikke lenger bare om utslipp, men om størrelse, levetid, driftssikkerhet og kostnad per kilometer. Først når brenselcellen kan erstatte dieselmotoren fysisk, teknisk og økonomisk, kan hydrogen bli et reelt alternativ. Med NextGen har cellcentric utviklet et system som for første gang er dimensjonert for nettopp dette.