MH-AC – Wasserstoff-basierte Klimaanlage zur Energieeinsparung

Auf elektrifizierten Strecken kann dieser hohe Energiebedarf kontinuierlich über die Stromversorgung der Oberleitungen gedeckt werden. Eine Herausforderung ist dieser hohe Verbrauch jedoch auf nicht elektrifizierten Strecken – also in den Bereichen im Bahnnetz, die nur durch Diesel-, Batterie-, oder Wasserstoffzüge befahren werden können. So müssen bei hohen wie bei niedrigen Außentemperaturen mehr Kapazität an Batterien beziehungsweise Treib- oder Wasserstoff mitgeführt werden – doch die Tank-Kapazitäten sind begrenzt. Speziell bei der Nutzung des Energieträgers Wasserstoff und der damit verbundenen hohen Kosten ist es besonders wichtig, Möglichkeiten zu suchen, um den Verbrauch zu senken. Mit der hier vorgestellten Technologie zur Kälteerzeugung wollen wir dazu einen Beitrag leisten.

Bislang ungenutzte Energie speist die Klimaanlage

Um einen Großteil der Kühlenergie einzusparen, haben wir eine Wasserstoff-basierte Klimaanlage entwickelt, welche die bislang ungenutzte Druckenergie aus dem Tank nutzt. Die Klimaanlagen von Wasserstofffahrzeugen sollen durch diese neue Technologie mehr als zehn Prozent effizienter werden.

Im Zug nutzt die neuartige Klimaanlage für den Kühleffekt den Druckunterschied, der zwischen dem Wasserstofftank und der Brennstoffzelle herrscht. Im Tank ist der Wasserstoff stark komprimiert, steht also unter hohem Druck. In der Brennstoffzelle, wo der Wasserstoff benötigt wird, ist der Druck hingegen relativ gering. Bislang wird der überschüssige Druck durch Ventile reduziert, wodurch die Energie verloren geht. Diese Energie nutzt die MH-AC Klimaanlage jedoch und senkt so den Wasserstoffverbrauch.

Kühlung durch Druckunterschied zwischen Tank und Brennstoffzelle

Die Anlage besteht aus zwei Wärmetauschern, die mit Metallhydrid-Pulver gefüllt sind. Dieses Metallpulver ist in der Lage, bei hohem Druck Wasserstoff aufzunehmen. Bei dieser Absorption wird Wärme frei, die an die Umgebung abgegeben wird. Gibt das Pulver den Wasserstoff bei niedrigem Druck wieder ab, so wird der Umgebung Energie, also Wärme entzogen. So wird die Raumluft heruntergekühlt.

Die Wärmetauscher werden zwischen Tank und Brennstoffzelle installiert und arbeiten immer im Wechsel: Zunächst wird eine Anlage mit dem Tank verbunden – das Metallhydrid-Pulver nimmt unter dem hohen Druck Wasserstoff auf. Anschließend verbindet sich die Anlage mit der Brennstoffzelle – durch den dort herrschenden niedrigeren Druck gibt das Pulver den Wasserstoff wieder frei und erzeugt den Kühleffekt.

Sobald der erste Wärmetauscher durch Ventilschaltung vom Tank getrennt wird, verbindet sich der zweite Wärmetauscher mit diesem, und der Vorgang wiederholt sich. Die aufeinander fein abgestimmte Schaltung der Ventile garantiert eine kontinuierliche Kälteerzeugung und ermöglicht es, von Wasserstoffaufnahme zu Wasserstoffabgabe zu wechseln. Beim Design der Wärmetauscher kommt es vor allem darauf an, Energieverluste klein zu halten und eine hohe Leistungsdichte zu erreichen.

Bewährung unter realen Bedingungen

Ab Mitte Oktober 2026 wird die Technologie von MH-AC erstmals in einem Feldversuch unter realen Bedingungen eingesetzt. Dabei wird ein Prototyp der Klimaanlage in enger Zusammenarbeit mit dem Zughersteller Talgo zwei Wochen lang an einem Brennstoffzellenzug getestet. Die Versuchsanlage verfügt über eine Leistung von rund fünf Kilowatt und kann damit beispielsweise bei einer Außentemperatur von 28 Grad Celsius pro Waggon bis zu 18 Prozent der Energie im alltäglichen Einsatz einsparen.