Citaro FuelCELL 2009

Emissionsfrei im Betrieb, flüsterleise und ressourcenschonend: Mit dem neuen Citaro FuelCELL-Hybrid stößt Mercedes-Benz die Tür zur Zukunft des Stadtbus-Antriebs weit auf. Er feierte seine Weltpremiere im Juni 2009 auf dem UITP-Kongress in Wien, dem Weltkongress der Verkehrsbetriebe. Anlässlich der HyFLEET:CUTE Abschlusskonferenz in Hamburg war der neue Citaro FuelCELL-Hybrid erstmals im Fahrbetrieb zu erleben. Mit dem Citaro FuelCELL-Hybrid wird die Zukunft zur Gegenwart: Auf den Prototyp folgt bereits in kurzer Zeit eine Kleinserie. Im kommenden Jahr startet ein Großver­such des Citaro FuelCELL-Hybrid mit zehn Kundenfahrzeugen in Hamburg. Angestrebtes Ziel sind weitere Kundenversuche auf europäischer Ebene.

Dieses Fahrzeug ist in einer Testflotte unterwegs!

Der erste Brennstoffzellen-Hybridbus von Mercedes-Benz kombiniert mit seinem innovativen Fahrzeugkonzept Elemente von bereits erprobten Mercedes-Benz Brennstoffzellenbussen, des dieselelektrischen Citaro G BlueTec Hybrid sowie technische Weiterentwicklungen zu einem neuen wegweisenden Antriebs­konzept. Die Plattform bildet der erfolgreiche Stadtbus Mercedes-Benz Citaro. Im Rahmen der globalen Initiative „Shaping Future Transportation“ der Daimler AG ist der Citaro FuelCELL-Hybrid ein weiterer wesentlicher Baustein auf dem Weg zum emissionsfreien Fahren.

Eine rasch zunehmende Zahl von ausgewiesenen Umweltzonen, zum Teil emotio­nal geführte Diskussionen über Partikelemissionen von Fahrzeugen und Feinstaubimissionen in Städten, für das kommende Jahr anstehende Imissions­grenzwerte für Stickoxide in der Europäischen Union und der Ölpreis­schock des vergangenen Sommers – alle diese Themen sind nur einige von vielen Indika­toren für Forderungen nach einem emissionsfreien und gleichzeitig ressourcen­scho­nen­den Antrieb. Die Antwort darauf lautet Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid. Sein heraus­ragendes Merkmal ist überragende Umweltschonung im Betrieb: Er emittiert während der Fahrt keinerlei Schadstoffe und fährt annähernd geräuschlos. Damit eignet er sich vorzüglich für Einsätze in hoch belasteten Innenstädten und in Metropolen. Der Citaro FuelCELL-Hybrid ist der bereits angekündigte, logische Schritt auf dem Weg zum emissionsfreien Öffentlichen Personen-Nahverkehr (ÖPNV) und damit ein wichtiger Baustein für die Mobilität der Zukunft.

Überdies erhöht die engagierte Weiterentwicklung der jungen Technik des Antriebs per Brennstoffzelle die Wirtschaftlichkeit: So rechnen die Entwickler des Citaro FuelCELL-Hybrid im Vergleich zur ersten Generation von Brennstoff­zellen­bussen mit einer drastischen Reduzierung des Verbrauchs an Wasserstoff um annähernd die Hälfte. Gleichzeitig rückt die umfassend weiterentwickelte und gereifte Technik der Serie deutlich näher. Zu einer nochmals deutlich auf mindestens sechs Jahre oder 12 000 Betriebsstunden vergrößerten Dauerhaltbarkeit der Brennstoffzellen addiert sich ein erheblich geringerer Wartungsaufwand: Sowohl die Brennstoff­zellen als auch Batterien und Elektromotoren sind auf Lebenszeit praktisch wartungsfrei. Darüber hinaus werden künftig im Unterschied zu den bisherigen Brennstoffzellenbussen speziell geschulte Mitarbeiter des jeweiligen Verkehrs­betriebs die Arbeiten rund um Wartung und Service übernehmen.

Der neue Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid vereint in sich die Gene des erprobten Citaro mit Brennstoffzellenantrieb, von dessen Urvater, dem NEBUS sowie dem aktuellen Citaro G BlueTec Hybrid. Er fügt sie zu einem neuen Ganzen zusammen und setzt Maßstäbe für die Entwicklung der Antriebssysteme von Stadtbussen. Analog zum Citaro mit Brennstoffzellenantrieb der ersten Generation ist die Technik des Citaro FuelCELL-Hybrid überwiegend Platz sparend unter einer eleganten Verkleidung auf dem verstärkten Dach des Omnibusses 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 des Citaro FuelCELL-Hybrid den Verbrauch erheblich ver­ringert, konnte die Zahl der Tanks von neun auf sieben Behälter mit zusammen 35 kg 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 kWh, genug für den Antrieb der Elektromotoren mit konstant 120 kW. Mit dem Strom aus den Energiespeichern kann der Citaro FuelCELL-Hybrid 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 des Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid zwei Brennstoffzellenstacks. Sie sind nebeneinander angeordnet, arbeiten jedoch unabhängig voneinander. Auch sie erzeugen Strom für eine Dauerleistung der E-Motoren von 120 kW. 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 beeindruckenden 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 harmloser Wasserdampf aus.

Plattform des Citaro FuelCELL-Hybrid ist ein zwölf Meter langer Solo-Stadtbus mit drei Türen. Sind im Heck des Citaro mit Dieselantrieb bei dieser Ausführung hintereinander der stehende Motor, das Automatikgetriebe und die Antriebsachse angeordnet, so ist die Architektur des neuen Busses anders ausgeführt. Im Heck sind Elektronik- und Elektrikbausteine zum Antrieb der Nebenaggregate unter­gebracht. Ob Lenkhelfpumpe, Klimaanlage oder Druckluftkompressor – der Antrieb der Nebenaggregate erfolgt beim Citaro FuelCELL-Hybrid jeweils bedarfs­gesteuert elektrisch und damit sehr effektiv. Tatsächlich finden die gleichen Komponenten wie beim Citaro G BlueTec Hybrid Verwendung – so lassen sich Reifegrad und Betriebsstrategie synchron erhöhen. Wo beim Dieselbus üblicherweise das Automatikgetriebe zu finden ist, sind auf der linken Seite nun zwei Wechselrichter verstaut. Den Zentralmotor aus der ersten Generation der Brennstoffzellenbusse haben wassergekühlte Asynchron-Radnabenmotoren abgelöst. Sie erreichen zusammen eine Dauerleistung von 120 kW und eine Maximalleistung von 160 kW Anfahrleistung. Die Leistung der Motoren ist großzügig bemessen und wird auch sehr anspruchsvoller Topografie gerecht. Die Radnabenmotoren 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 beim Citaro FuelCELL-Hybrid zwischen etwa 10 und 25 Prozent Wasserstoff. Hinzu kommt das besonders ausgefeilte Energiemanagement des seriellen Hybridantriebs. So kann der Citaro FuelCELL-Hybrid je nach Topografie eine Strecke von etwa 2 bis 3 km allein batteriebetrieben zurücklegen. Er fährt dabei nochmals leiser als mit Brennstoffzellen. 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 kg Wasserstoff pro 100 km. Zum Vergleich: Die Vorgängerbusse mit Brennstoffzellenantrieb verbrauchten etwa 22 kg/ 100 km Wasserstoff. Dies bedeutet nicht nur einen wirtschaftlichen Vorteil, sondern schont Ressourcen bei der Herstellung von Wasserstoff.
 

Zum Minderverbrauch trägt ebenso das verringerte Gewicht bei: Trotz der zusätz­lichen Batterien wiegt der Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid mit einem Leergewicht von etwa 13,2 t 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 km auf rund 250 km. 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. Zwar wurde der Citaro FuelCELL-Hybrid rundum neu entwickelt, für den Fahrer jedoch bleibt die Welt unverändert, auch im Vergleich zum Dieselbus. Dies gilt nicht nur für das Fahren an sich, sondern sogar für sein Cockpit bis hin zur Tankanzeige: Sie nennt hier den verbleibenden Vorrat an Wasserstoff anstelle von Dieselkraftstoff. Im Vergleich zur ersten Generation der Brennstoffzellenbusse profitieren Fahrer und Fahrgäste von einem deutlich verfeinerten Fahrkomfort. Hintergrund ist die Vorderachse des Citaro mit Einzelradaufhängung und ihrem anerkannt vorbild­lichen Federungs- und Fahrverhalten. Analog zum ersten Citaro-Brennstoff­zellenbus verhindert eine Wank-Nickregelung eine unangenehme Seitenneigung in Kurven.

 
Das Layout des Innenraums entspricht dem Citaro mit Dieselantrieb. Zusätzlich profitiert der Raumeindruck vom Entfall des Dieseltanks. Darüber hinaus bemer­ken Passagiere im Prototyp des Citaro FuelCELL-Hybrid gewisse Unterschiede zu konventionellen Stadtbussen: Mit Haltestangen aus Edelstahl und einem Fuß­boden in Schiffsbodenoptik demonstriert der Fahrgastraum die Exklusivität und Nachhaltigkeit, die auch den Antrieb kennzeichnet.

Der Citaro FuelCELL-Hybrid unterstreicht die Technologieführerschaft von Mercedes-Benz und Daimler Buses auf dem Gebiet des Fahrzeugantriebs. Dabei profitieren die Entwickler des Konzerns im Brennstoffzellen-Kompetenzzentrum Kirchheim-Nabern von ihrer Querschnittsfunktion im Konzern: Sie entwickeln zentral den Brennstoffzellenantrieb für alle Marken und Sparten. Auf diese Weise ist eine höchst effektive und zielführende Entwicklung möglich. So werden wechselseitig Erfahrungen und Versuchsergebnisse vom Citaro FuelCELL-Hybrid und Pkw mit Brennstoffzellenantrieb ausgetauscht. Aufgrund der Verwendung in mehreren Fahrzeugreihen mit entsprechend hohen Stück­zahlen sind Entwicklungen von Komponenten möglich, die ein reiner Omnibus- oder auch ein alleiniger Hersteller von Nutzfahrzeugen niemals umsetzen könnte. Die Brennstoffzellenstacks des neuen Citaro FuelCELL-Hybrid etwa sind identisch mit denen der Mercedes-Benz B-Klasse mit Brennstoffzellenantrieb, die im Laufe des kommenden Jahres in Serienfertigung gehen wird.

Daimler Buses verfolgt den Weg zum emissionsfreien Fahren mit Priorität auf den Stadtbus außerordentlich konsequent und geradlinig. Er begann 1997 mit dem NEBUS als Forschungsfahrzeug, dem ersten Brennstoffzellen-Omnibus der Welt. Danach führte er über den Citaro mit Brennstoffzellenantrieb und den Citaro G BlueTec Hybrid mit dieselelektrischem Hybridantrieb bis zum neuen Citaro FuelCELL-Hybrid des Jahres 2009.

Der Citaro FuelCELL-Hybrid ist keine futuristische Studie, er ist Realität: Mercedes-Benz Omnibusse wird den Bus 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. Er soll sich an den erfolgreichen CUTE-Flottenversuch der Europäischen Union anlehnen. Innerhalb von CUTE und dessen Fortsetzungsprojekt HyFLEET:CUTE sowie weiteren angeschlossenen Projekten haben sich 36 Mercedes-Benz Citaro seit dem Jahr 2003 in zwölf Verkehrsbetrieben zwischen Island und Australien auf drei Kontinenten bestens bewährt. Die Busse legten zusammen bis heute in rund 135 000 Betriebesstunden mehr als zwei Millionen Kilometer zurück. Sie stellten dabei mit einer Verfügbarkeit zwischen 90 und 95 Prozent eindrucksvoll die Praxistauglichkeit des umweltfreundlichen Antriebs per Brennstoffzelle für Stadtlinienbusse unter Beweis. Der neue Mercedes-Benz Citaro FuelCELL-Hybrid wird diese Entwicklung erfolgreich fortschreiben.

Technische Daten

Fotos

Quelle: Mercedes-Benz