Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI
Eine europäische Wasserstoffinitiative nimmt Gestalt an
Die Dekarbonisierung schwerer Industriemaschinen ist eine der drängendsten und komplexesten Herausforderungen auf dem Weg zu einer klimaneutralen Wirtschaft. Landmaschinen, Hafenmaschinen und andere mobile Arbeitsmaschinen (englisch: NRMM, Non-Road Mobile Machinery) arbeiten unter extremen Bedingungen, die eine Elektrifizierung allein unzureichend machen. Wasserstoffbetriebene Antriebsstränge bieten einen vielversprechenden Ansatz – und das in 2026 gestartete EU-Projekt H2ROAM (Hydrogen for Robust Off-Road Application Modules) soll eindrucksvoll demonstrieren, wie tragfähig dieser Weg ist.
H2ROAM bringt dafür neun europäische Partner zusammen, um wasserstoffbetriebene Antriebstrangsysteme innerhalb von vier Jahren auf Technology Readiness Level 6 (TRL6) weiterzuentwickeln und zu validieren.
Die Herausforderung: Extreme Bedingungen, reale Anforderungen
Off-Road-Maschinen arbeiten unter Bedingungen, die Technologien bis an ihre Grenzen treiben: extreme Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit, korrosive Umgebungen, starke Vibrationen, Staub und kontinuierliche Hochlastzyklen. Bisherige Wasserstofflösungen sind unter solchen anspruchsvollen Bedingungen noch nicht umfassend validiert. H2ROAM adressiert diese Lücke direkt: Die Projektpartner werden ein Rahmenwerk entwickeln, das eine Antriebskonfiguration mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen und Hybridisierungsgraden ermöglicht – von einem Basissystem mit 110 kW bis zu Multi-Konfigurationssystemen mit 220 kW (2 Stränge), 550 kW (5 Stränge) usw. Durch sein modulares Design wird dieses Rahmenwerk das gesamte Bedarfsspektrum in den Anwendungsfeldern Hafen und Landwirtschaft abdecken.
Modulare, adaptierbare Wasserstoffantriebe
Aufbauend auf Erkenntnissen aus früheren EU-geförderten Projekten betont H2ROAM die Aspekte Konfigurierbarkeit, Zuverlässigkeit, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit. Durch umfangreiche Felddemonstrationen werden die modularen Antriebsbausteine unter realen Bedingungen hinsichtlich ihrer Leistung und Langzeittauglichkeit getestet. Durch ein umfassendes Lifecycle Assessment sowie Techno-Economic Assessment lassen sich Umwelt- und Wirtschaftsdimensionen dabei parallel zur technischen Entwicklung bewerten.
Längere Lebensdauer und mehr Effizienz dank intelligentem Energiemanagement
In H2ROAM wird das Fraunhofer IVI seine Expertise in den Bereichen Antriebssimulation und Energiemanagement-Systemen einbringen. Das Forschungsteam arbeitet bereits an Simulationsmodellen, die in H2ROAM als Grundlage für das zentrale, auf skalierbare Brennstoffzellen-Antriebsstränge zugeschnittene Advanced Modular Energy Management System (EMS) dienen.
Dieses EMS führt drei zentrale technologische Fortschritte ein, die in Kombination Betriebskosten senken, Lebensdauer der Systeme verlängern und die Effizienz für Anwender in anspruchsvollen Industrieumgebungen verbessern:
- Ein modulares, modellbasiertes EMS, das mehrphysikalische Systemsimulationen, Co-Simulationen und integrierte thermische Modellierung für plattformübergreifende Kompatibilität nutzt.
- Eine intelligente, prädiktive Energiemanagement-Strategie, die heuristische Regelungen, Model Predictive Control (MPC) und Machine-Learning-Verfahren kombiniert – für eine dynamische Optimierung auf Basis von Echtzeitdaten und Systemzuständen.
- Eine cloudbasierte Analytik- und Ferndiagnose-Plattform, die Echtzeit-Fehlererkennung, Vorhersage der verbleibenden Nutzungsdauer (Remaining Useful Life), automatisierte Firmware-Updates und 4G-LTE-Telemetrie für nahtlose Fernüberwachung ermöglicht.
Der Fokus der Forschungsarbeiten liegt derzeit auf der Entwicklung eines Python-basierten, Open-Source-vektorisierten Antriebsstrang-Modells, um die Lastzyklus-Anforderungen, ideale Bauteilgrößen, transiente Dynamik und Effizienzanalysen für die ausgewählten Konfigurationen basierend auf verschiedenen anwendungsspezifischen Lastprofilen abzuschätzen.
