Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, er ist Bestandteil des Wassers und somit beinahe aller organischen Verbindungen. Das heißt, gebundener Wasserstoff kommt in sämtlichen lebenden Organismen vor. Als Energieträger verursacht er kein Kohlendioxid, wenn er mit erneuerbaren Energieträgern wie Wind- oder Solarenergie gewonnen wird.
Seit vielen Jahren ist das dänische Unternehmen Nel Hydrogen tätig im Bereich der Wasserstofftechnologie. Mit seinen Konzepten zur Wasserstoffproduktion will Nel die umweltfreundliche Mobilität entscheidend voranbringen. Nel Hydrogen entwickelt Tankstellen und Zapfsäulen für Pkw, Busse und Lkw. Schnelle Echtzeitsteuerung und -überwachung jeder einzelnen Tankstellenkomponente tragen wesentlich zu Zuverlässigkeit und geringem Wartungsaufwand bei. Die komplexen Softwarelösungen basieren auf Beckhoff-Technologien.
Der Markt wächst
Seit 2003 arbeitet das Technologieunternehmen Nel Hydrogen mit Sitz im dänischen Herning zielstrebig an der Entwicklung von Wasserstofftankstellen. Ein Markt für den Wirtschaft, Wissenschaft und Politik in den nächsten Jahren ein rasantes Wachstum erwarten. Grund dafür ist das verstärkte Streben nach Nachhaltigkeit in allen Lebensbereichen. Wasserstoff ist ein Gas, das sich leicht speichern und aus Strom erzeugen lässt.
Die Energieumwandlung von Wasserstoff als Kraftstoffquelle ist zwei- bis dreimal effizienter als bei herkömmlichen Motoren, das heißt, mit weniger Kraftstoff legen wasserstoffbetriebene Fahrzeuge eine weitere Strecke zurück als konventionell angetriebene. Dabei emittieren sie kein CO2 oder andere schädliche Gase wie Kohlenmonoxid oder Stickoxide. Als Abfallprodukt entsteht lediglich Wasser. Heute produziert und verkauft Nel Hydrogen mehr als 30 Stationen pro Jahr, bald schon sollen es 300 sein.
Das Betanken eines Wasserstoffautos dauert nur drei Minuten und eine Tankfüllung reicht für 600, in naher Zukunft für 1.000 Kilometer.
Die Automobilindustrie denkt um
„Wir erkennen einen Strategiewechsel bei den Automobilherstellern der Welt. Ein erheblicher Teil unserer Tankstellen wird nach Korea verkauft. Asiatische Automobilhersteller verfolgen bei den emissionsfreien Fahrzeugen eine aggressive Strategie. In den USA, vor allem in Kalifornien, gibt es attraktive Leasingangebote für Wasserstoffautos“, sagt Michael Stefan, Senior Director of Product Management bei Nel Hydrogen.
Die USA hat den weltgrößten Automarkt, hier besteht eine hohe Nachfrage nach emissionsfreien Autos. Wir haben alle Voraussetzungen für einen schnellen Ausbau unserer Produktionskapazitäten geschaffen, sodass wir die Bedürfnisse des Marktes erfüllen können. Marktprognosen zufolge werden bis 2030 weltweit 20.000 bis 30.000 Wasserstoffzapfsäulen benötigt“, so Stefan,weiter.
Ein reifender Markt
Um seinen aktuellen Wettbewerbsvorsprung zu sichern, setzt Nel Hydrogen auf Beckhoff-Technologie. Die Herausforderung besteht darin, in einem relativ unausgereiften Markt zu agieren und Technologien und Lösungen bereitzustellen, die Endkunden beim Tanken von Wasserstoff das gleiche Tankerlebnis wie beim Tanken von Benzin bieten können. Das Tanken muss einfach und bei in der Regel nur einer Wasserstoffzapfsäule pro Tankstelle rund um die Uhr möglich sein.
„Wir nehmen bei der Entwicklung dieses Marktes eine Vorreiterrolle ein und wollen Wasserstoff als erfolgreiche Alternative zu Benzin und Diesel etablieren. Nicht nur aus Umweltsicht, sondern auch ganz praktisch. Wir nutzen Steuerungslösungen von Beckhoff Automation und man kann eindeutig sagen, dass die Beckhoff-Strategie einer offenen Plattform unser Geschäftsmodell unterstützt“, erklärt Michael Stefan.
Echtzeit ist entscheidend
TwinCAT PLCs und der EtherCAT-Feldbus von Beckhoff steuern den gesamten Tankvorgang. Komponentendaten wie Druck, Temperatur, Durchfluss, Gasdetektion und der Zustand des Fahrzeugtanks werden erfasst und alle Daten in die Cloud übertragen. In Echtzeit werden alles Prozesse und Parameter genau überwacht; dies ermöglicht, eine vorausschauende Wartung und gegebenenfalls schnelles Eingreifen.
„Wir brauchen leistungsstarke PLCs und eine schnelle Signalverarbeitung, um unsere Anlagen genauso ausgereift zu machen, wie Benzintankstellen. Seit 2003 die erste Wasserstofftankstelle entwickelt wurde, sind die Tankstellen komplexer geworden. Daher brauchen wir Lösungen, die uns die besten Optionen auf dem Markt verschaffen. Echtzeitdaten sind extrem wichtig. Die Erfassung der Daten und ihre Übertragung in die Cloud – bis das globale Überwachungssystem reagieren kann – ist eine Sache von Millisekunden. Das ist die Stärke der Beckhoff-Komponenten. In Bezug auf die Geschwindigkeit gibt es kaum Einschränkungen und dank offener Standards werden alle Anschlussmöglichkeiten unterstützt. Offene Standards, Echtzeitgeschwindigkeit und Flexibilität sind für uns entscheidend“, sagt Jacob Svendsen, Leiter Technologie und Entwicklung bei Nel Hydrogen.
Nel Hydrogen ist einer von wenigen Tankstellenherstellern, der über eine eigene Softwareentwicklung verfügt. Das Unternehmen ist der Überzeugung, dass sich stärker softwareorientierte, statt hardwarebasierte Lösungen als Alleinstellungsmerkmal des Unternehmens herausstellen werden.
„Indem wir die Softwarelösungen selbst entwickeln und realisieren, gewinnen wir wertvolle Erkenntnisse und Erfahrungen. Beckhoff unterstützt uns dabei. Dank der Implementierung der TwinCAT-Umgebung in Visual Studio und der Möglichkeit zu objektorientierter Programmierung ist das Programmieren ein Kinderspiel. Wir können Codes von verschiedenen PLCs und Codes in verschiedenen CPU-Skalierungen wiederverwenden und sparen dadurch Zeit und Ressourcen. Wir profitieren von schnellen Abtastraten, um Regelungen, Diagnosen, Reporting und sichere Shutdowns bei Leckagen besser zu steuern. Gleichzeitig können wir den Energieverbrauch jeder einzelnen Komponente reduzieren. Wir sind in der Lage, sowohl die Funktionalität als auch den Energieverbrauch jeder Komponente zu optimieren; das kommt den Endverbrauchern und der Umwelt gleichermaßen zugute“, so Jacob Svendsen weiter.
„Heute kann eine Zapfsäule 40 bis 80 Autos am Tag versorgen, doch schon in naher Zukunft sollten unsere Tankstellen in der Lage sein, mindestens die zehnfache Anzahl pro Tag zu bewältigen. Wir brauchen Lösungen, die es uns nicht nur ermöglichen, mit den Marktentwicklungen Schritt zu halten, sondern die uns helfen, den Markt zu gestalten“, sagt Michael Stefan und fährt fort: „Für uns ist Beckhoff der ideale Partner, denn ihr Fokus liegt auf innovativen Lösungen. Genau darauf kommt es in unserer Branche an. Zum Glück sind die Wege zur Beckhoff-Entwicklungsabteilung in Deutschland und zum Support in Dänemark sehr kurz.“
