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Mercedes Benz Werk Düsseldorf goes green

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VAN/PSM VAN/PET

29.10.2015

Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und

Brennstoffzellentechnologie (NIP)

Entwicklungsvorhaben BZ-Flurförderfahrzeuge Daimler AG, Werk Düsseldorf

Vans. Born to run.

2.Workshop Intralogistik 29.10.2015 Berlin Wolfgang Radtke VAN/PSM ; Matthias Kromm VAN/PET Mercedes-Benz

Werk Düsseldorf 2

Projektinhalt: Erprobung und technische Bewertung des Einsatzes von

Brennstoffzellenantrieben für Flurförderfahrzeuge im

innerbetrieblichen Werksverkehr.

Budget: 724.000 EUR (Förderung: 347.500 EUR)

Laufzeit: 01.06.2012 – 31.12.2016

Partner: Linde Material Handling (Lieferant BZ-Stapler)

Air Products (Lieferant H2-Tankstelle und H2)

FH Hamm (Wissenschaftliche Begleitung)

Überblick

Vans. Born to run.

Projektleitung

Projekt – und

Systempartner

Projektunterstützung

Projektförderung Bund

Projektstruktur


Werk Düsseldorf 3

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf 4

Mercedes-Benz Werk Düsseldorf

Insgesamt arbeiten etwa 6.500 der insgesamt 15.600 VAN Mitarbeiter im Werk Düsseldorf, von denen der

Großteil in gewerblichen Abteilungen arbeitet. Im Werk können bis zu 740 Fahrzeuge je Arbeitstag in 3

Schichten gefertigt werden.

Die Daimler AG ist ein weltweit erfolgreich

agierendes Automobilunternehmen, dessen

Geschäfte in 5 Feldern organisiert sind:

Mercedes-Benz Cars, Daimler Trucks,

Mercedes-Benz Vans, Daimler Buses und

Daimler Financial Services.

Das Mercedes-Benz Werk in Düsseldorf ist

eines von 8 Produktionsstandorten für

Mercedes-Benz Vans weltweit.

Vans. Born to run.


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• Daimler ist Pionier in der Entwicklung des Brennstoffzellenantriebs. Seit Anfang

der 90er Jahre arbeiten Forscher und Ingenieure an der praktischen Umsetzung

dieser Technologie. Der Serienstart von PKW mit BZ-Antrieb ist für 2017 geplant.

• Daimler bekennt sich nachdrücklich zu einem integrierten Umweltschutz an

seinen Produktionsstandorten. Am Standort Düsseldorf kommt dem Einsatz von

energiesparenden, emissions- und abfallarmen Technologien eine besondere

Rolle zu, da das Werk direkt an Wohnbebauung und ein Wasserschutzgebiet

angrenzt.

• Daimler sieht im Brennstoffzellenantrieb eine erfolgversprechende Technologie

für die Mobilität der Zukunft und setzt daher auch in der innerbetrieblichen

Logistik auf den innovativen Kraftstoff Wasserstoff.

Entwicklungsgeschichte

Wasserstoff-/ Brennstoffzellen-

technologie im Unternehmen

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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• Durchführung eines Praxistests mit zunächst 2 Fahrzeugen und perspektivischer

Vergrößerung der Testflotte auf bis zu 10 Fahrzeuge,

• Aufbau einer Betankungs- und Wartungsinfrastruktur mit entsprechender

Schulung der Mitarbeiter,

• Sammlung von eigenen Erfahrungen und Auswertung des Testbetriebs,

• Optimierung des Betriebs durch Wegfall von Batteriewechseln,

• Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und Nutzerbefragungen zum Testbetrieb,

• Aufbau von Know-how mit H2-betriebener Intralogistik innerhalb der Daimler AG,

• Weitergabe der Erfahrungen über einen zentralen Expertenkreis für

Flurförderzeuge im Daimler Konzern, perspektivisch: Konzernweite Einführung

der BZ- Flurförderzeuge in den Produktionsstandorten.

Projekt: Ziele

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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• Start Projektbetrieb: Dez. 2014

Zeitlicher Aufwand vor

Projektstart

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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• Lieferant: Linde MH

• Typ: E 30/FC-600 HL

• Baureihe: 387

• Antrieb: 80 V Drehstrom

• Tragkraft : 3,0 t

Fahrzeuge

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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• Hersteller: Plugpower GenDrive

• Typ: 1600-80CEA

• Nennspannung: 80 V

• Abmessungen: 1025mm x 708mm x 722mm

• Dauerleistung: 10-12 kW

• Verfügbare

Energiemenge: 27 kWh

• Gewicht: 1558 kg

• Tankkapazität: 1,8 kg

• Betankungssystem: 350 bar

• Betankungszeit: 3-5 min

Brennstoffzelle

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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• Hersteller: Air Products

• Typ: S125 mit 4 Hochdruck Tubes

Typ 230

• Kapazität: max. 204 kg gasförmiger

Wasserstoff (H2):

4 Tubes á 38,5 kg bei 200 bar

2 Bündel á 25 kg bei 420 bar

• Tankdruck: 350 bar

H2-Tankstelle

Vans. Born to run.

Standort Wasserstofftankstelle


Werk Düsseldorf 11

Einsatzbereich der BZ-Stapler

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurden Schulungsunterlagen für die

beteiligten Bereiche erarbeitet (Fahrer, Wartungspersonal, Werksicherheit und

Werkfeuerwehr).

Wasserstofftankstelle:

• First Level Support

• Regelmäßige Inspektionen

Fahrzeug:

• Betrieb der Brennstoffzelle und des Staplers

• Fehler / Fehlerbehebung

• Betankung der Stapler

• Funktionsweise einer Brennstoffzelle

• Gefahren durch den Umgang mit Wasserstoff

Schulung der Mitarbeiter

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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Testbetrieb

• Beginn des Testbetriebs im Dezember 2014

• Einsatz der Fahrzeuge in der internen Produktionsversorgung und

Materialbereitstellung

• Erste Erfahrungen:

• Energieverbrauch: 0,25-0,45kg/Bh (Ø 0,37)

• Laufleistung: 4-5 Betriebsstunden(Bh)

• Projektstart im 1-Schicht Betrieb

• KW 13 Umstellung auf 2-Schicht Betrieb

• KW 43 Umstellung auf 3-Schicht Betrieb

• Bisherige Laufzeit: 2000 Bh

• Über 400 Betankungsvorgänge

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Werk Düsseldorf

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Angefallene Störungen

Stapler:

• Bisherige Ausfallzeit = 3 Stunden

Brennstoffzelle:

• Insgesamt 35 Störungen – Ausfallzeit 48 Tage (Reparaturzeit 6 Tage)

• Austausch einzelner Lithium-Ionen Zellen – Ausfall eines Gerätes für

3 Tage

• Beschaffung spez. Wasserabsaugkupplungen – Ausfall beider Geräte für

17 Tage

Tankstelle:

• 35 Störungen – Ausfallzeit jeweils ca. 1 Stunde (3 x 1 Tag komplett)

Gesamtausfallzeit)

• 5 Wartungen – Ausfallzeit jeweils ca. 3 Stunden

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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BZ-Stapler:

• Schalldämmung zwischen BZ und Fahrgastzelle, Wärmeableitung optimiert

• Optimierung der Wasserabsaugung

Genehmigung der Tankstelle:

• Umsetzung der Nebenbestimmungen aus dem Erlaubnisbescheid der

Bezirksregierung und des TÜV, wie z.B. die Nachrüstung eines Blitzschutzes

F&E:

• Erstellung eines Leitfaden zur Installation einer H2-Tankstelle

Herausforderungen

Vans. Born to run.


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• Projektdefinition

• Interne Genehmigung (Werkleitung, Umweltschutz, Betriebsrat,…)

• Prüfung Fördermöglichkeiten

• Vorortbesichtigung mit Verantwortlichen (Projektleiter, Tankstellenhersteller, ZÜS,

Bezirksregierung)

• Beschaffung BZ-Stapler & H2-Infrastruktur

• Genehmigungsprozess (BetrSichV, BImSchG, Baugenehmigung)

• Erstellung Gutachten (Brandschutz, Umweltverträglichkeit,…)

• Aufbau Infrastruktur und Schutzmaßnahmen

• Inbetriebnahme der Tankstelle und BZ-Flurförderzeuge

• Schulung der Mitarbeiter

• Zeitaufwand: 12-18 Monate (min. 6 Monate zusätzlich bei Förderung)

Checkliste

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Werk Düsseldorf

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Genehmigungen

Outdoor-Tankstelle

Speicherkapazität

Betriebserlaubnis

nach §18 BetrSichV

& Baugenehmigung

BImSchG

Genehmigung –

Vereinfachtes

Verfahren §19

BImSchG

Genehmigung –

Förmliches

Verfahren §4

3-5 Monate Bearbeitungszeit 3-5 Monate Bearbeitungszeit

<3t 3-30t >30t

5-9 Monate Bearbeitungszeit

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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• Unterstützung durch die FH Hamm für:

• Systematische Auswertung des Betriebs und

• Wirtschaftliche und technische Auswertung

• Aufstockung der Flotte von BZ-Fahrzeugen nach erfolgreichem Testverlauf auf bis

zu 10 Fahrzeuge im Werk Düsseldorf.

• Die durch den Einsatz einer größeren Flotte auftretenden Skaleneffekte (z. B.

bessere Auslastung der Tankstelle und der Wartungskapazitäten) werden die

Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugeinsatzes weiter verbessern.

• Pilotfunktion des Projekts im Daimler Konzern: Bei insgesamt positiver

technischer und wirtschaftlicher Bewertung ist die Ausweitung der Nutzung von

BZ-Flurförderzeugen auch in anderen Werken vorgesehen

Ausblick

Vans. Born to run.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Werk Düsseldorf

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

Back up

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Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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Genehmigungen

Indoor-Tankstelle

BImSchG

Halle/Werk bereits

nach BImSchG

genehmigt

Halle/Werk nicht

nach BImSchG

genehmigt

Änderungsanzeige

nach §15 BImSchG

& Erlaubnis nach

§ 18 BetrSichV &

Baugenehmigung

Änderungs-

genehmigung

nach

§16 BImSchG*

Erlaubnis nach

§ 18 BetrSichV &

Baugenehmigung

5-7 Monate 3-5 Monate 7-9 Monate

Neugenehmigung

nach

§ 4 BImSchG*

* ab 30 Tonnen mit

Öffentlichkeitsbeteiligung

<3t >3t <3t >3t

3-5 Monate

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf

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Stand im internationalen

Vergleich

• Trotz Förderung beschränkt sich der Einsatz von BZ-Flurförderzeugen in

Deutschland bisher auf Tests mit wenigen Fahrzeugen.

• In den USA sind in Werken und Logistikzentren bereits mehrere hundert

Fahrzeuge im Einsatz, deren Alltagstauglichkeit unter Beweis gestellt wurde.

• Die Berechnungen für die Leistungsfähigkeit beruhen auf anderen Grundlagen.

Es sind keine 80V äquivalente Stapler im Einsatz, somit lassen sich diese

Projekte nur bedingt vergleichen.

• Kein Flurförderzeughersteller hat zur Zeit in seinem Portfolio eine zertifizierte

Flotte für den kurzfristigen Einsatz von Brennstoffzellen-Fahrzeugen in Europa.

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf 23

Die Blei-Säure Batterien wird durch eine PEM basierte Brennstoffzelle in Verbindung mit einer Lithium-

Ionen Batterie ersetzt.

Die Brennstoffzelle versorgt die Batterie und hält sie auf einem optimalen Ladezustand

Batterien werden für Spitzenlasten wie zum Beispiel schwere Hebevorgänge zugeschaltet. Im

Prinzip

wie ein Hybridauto – nur völlig emissionsfrei.

Die Brennstoffzelle wird mit Wasserstoff betrieben und kann in weniger als 3 Minuten durch den Fahrer

selbst

befüllt werden

Die BZ erzeugt saubere Energie mit gleichmäßiger Spannung und erzeugt außer Wasser und Wärme

keine

Emissionen

PEM basierte Brennstoffzellen sind mit einem hochentwickelten Energiespeicher verbunden und liefern

Gleichstrom für den Betrieb des Flurförderzeuges

Funktionsweise

Vans. Born to run.


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Funktionsweise Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Energiewandler, in dem Wasserstoff und Sauerstoff

kontrolliert und ohne Verbrennungsflamme zu Wasser reagieren und dabei Strom und Wärme

erzeugen.

Der gleiche Prozess läuft umgekehrt bei der Elektrolyse ab.

Eine Brennstoffzelle ist durch eine dünne Kunststofffolie, die Polymer Elektrolyt Membran (PEM), in

zwei Teile getrennt. Die Folie ist auf jeder Seite mit einem Katalysator und einer gasdurchlässigen

Elektrode beschichtet. Durch die feinen Gaskanäle strömen Wasserstoff und Sauerstoff von einer

Seite zur anderen. Der Katalysator zerlegt den Wasserstoff in ein Elektron und ein Proton. Die positiv

geladenen Protonen können durch die PEM-Folie hindurch schlüpfen, die negativen Elektronen aber

nicht. Dadurch wird eine Spannung erzeugt. Verbindet man die Elektroden, fließt ein Gleichstrom. Als

Resultat dieser elektrochemischen Reaktion entsteht reines Wasser (H2O).

Für den Fahrzeugantrieb werden viele Brennstoffzellen in Reihe zu Stapeln (engl.: Stacks)

zusammengeschaltet, um die elektrische Spannung zu erhöhen.

Vans. Born to run.

Wasserstofftankstelle

2.Workshop Intralogistik 29.10.2015 Berlin Wolfgang Radtke VAN/PSM ; Matthias Kromm VAN/PET Mercedes-Benz Werk Düsseldorf 25 21.05.2015

Füllkupplung (Bajonett –Verschluss)

für

350 bar Befülldruck

4 Tubes à 38,5 kg H2

mit max. 200 bar Druck 2 Bündel à 25 kg H2

mit max. 420 bar Druck

Vans. Born to run.

Brennstoffzellentechnologie als alternative

Antriebstechnik im Flurförderzeug


Werk Düsseldorf 26

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf 27

1. Füllstandsanzeige im

Fahrzeug Tank fast leer

2. Fahrzeug fährt rückwärts in

Position

3. Tankklappe öffnen

Befüllvorgang

Vans. Born to run.


Werk Düsseldorf 28

8. Befüllkupplung verriegeln

7. Befüllkupplung aufsetzen

11. Klappe schliessen

8. Befüllvorgang starten mit

Refuelling Start

9. Anzeigen während des Befüllvorganges 10. Tank voll

Befüllvorgang

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