Begin juni presenteerde Mercedes-Benz voor het eerst de nieuwe eCitaro fuel cell, de eerste stadsbus met brandstofcel om de actieradius te vergroten. Voor de start van de serieproductie moest de eCitaro fuel cell talrijke functie- en veiligheidstests doorstaan. Daartoe behoorde ook een winteroversteek door de Alpen – een testrit met veel uitdagingen.

De koude alpenlucht omhult de gele bus met lage vloer, die een vreemd voorwerp lijkt op de ruime parkeerplaats van Plan de Gralba, op 1795 meter hoogte in de Zuid-Tiroolse Alpen. Terwijl chauffeur Andreas Hoffmann druk bezig is om ijs van de ruiten te krabben, krult er een kleine witte stoomwolk omhoog uit de dakopbouw van de bus – een onmiskenbaar teken dat de brandstofcel op het dak van de bus aan het werk is gegaan en nu stroom opwekt uit waterstof en zuurstof uit de lucht – met waterdamp als enige uitstoot. De gelede bus is namelijk een testvoertuig, een van de vier prototypes van de Mercedes-Benz eCitaro fuel cell.

De eerste elektrische bus, die een brandstofcelsysteem gebruikt om zijn actieradius te vergroten, heeft zojuist een van de vele tests met succes doorstaan: Na een nacht met temperaturen ver onder het vriespunt starten het elektrische aandrijfsysteem en de brandstofcel probleemloos op.

Een team van Mercedes-Benz testingenieurs is begin 2023 met de eCitaro fuel cell naar de Alpen vertrokken om het koudestartgedrag bij winterse temperaturen te testen en het nieuw ontwikkelde thermomanagement uit te proberen. Tegelijkertijd moesten de ritten op hoogtes boven 1700 meter inzicht geven in de werking van het brandstofcelsysteem op extreme hoogtes. Bovendien moest het nieuwe aandrijfsysteem zijn prestaties bewijzen tijdens veeleisende pasritten met hellingen en afdalingen tot 15 procent. En last but not least was het energieverbruik in deze uitdagende omstandigheden van groot belang.

"Tijdens de rit controleren de testingenieurs voortdurend talloze meetpunten en gegevens", legt testleider Jonas Steinki uit. Naast de temperaturen van de accu, de brandstofcel, de motoren en het passagierscompartiment omvatten deze ook het energieverbruik van de aandrijving, de verwarming en andere nevenverbruikers, de laadtoestand van de accu's en het vulniveau van de waterstoftanks. De testingenieurs Rainer Bickel, Stephan Lutz en Hannes Mayer controleren op hun monitoren continu de belangrijkste parameters van het brandstofcelsysteem, de aandrijving, het thermomanagement en de verwarming, zoeken naar afwijkingen en vergelijken de gegevens met de berekende streefwaarden.

De meerdaagse testrit begint met een oversteek van de Alpen van Neu-Ulm via Füssen, de Fernpass, de Reschenpass naar Bolzano. De combinatie van accu en waterstof zou de 360 kilometer lange route moeten kunnen overbruggen. Toch is het moeilijk in te schatten hoe het energieverbruik zich op de lange en steile passen zou ontwikkelen bij temperaturen onder het vriespunt. Om zeker te zijn beslist het team om de hoogspanningsaccu's op te laden bij de truckstop Allgäuer Tor.

Onderweg over de Fernpass wordt al snel duidelijk dat de eCitaro fuel cell het veeleisende traject nog beter aankan dan verwacht. "Ondanks de helling werkt de brandstofcel in het meest efficiënte vermogensbereik van 20 tot 30 kW", legt Rainer Bickel uit, wijzend op de overeenkomstige waarde op de monitor. "Bovendien gebruikt het nieuwe thermomanagement de restwarmte van de brandstofcel op een rendabele manier voor de temperatuurregeling van het interieur. De elektrische verwarming wordt daarom nauwelijks gebruikt en het energieverbruik van alle nevenaggregaten, zoals verwarming, stuurinrichting en compressor, blijft daardoor op een zeer laag niveau."

Ook bergafwaarts toont de eCitaro fuel cell zijn kracht. Tijdens het remmen neemt de recuperatie toe tot 285 kW. Dit houdt het volgende in: De in totaal vier motoren van de twee aandrijfassen werken nu als dynamo's en laden de accu's op met maximaal 285 kW – bijna twee keer zoveel als een snellaadstation. "Meer is niet mogelijk", zegt Rainer Bickel. "Om de accu's niet te zwaar te belasten, hebben we het recuperatievermogen beperkt tot 285 kW."

De positieve energiebalans zette zich voort tot aan de finish van de Alpenoversteek in Bolzano: Na 368 kilometer en een tussentijdse oplading van ongeveer 55 kWh geeft de acculaadindicator nog steeds 56 procent SoC (State of Charge) aan. En ook de waterstoftanks zijn met 42 procent nog steeds goed gevuld.

Bolzano blijkt ondertussen de ideale bestemming te zijn voor de winterse testrit. Want met een openbaar waterstoftankstation direct naast de snelwegafrit Bolzano Zuid en een ander waterstoftankstation op het bedrijfsterrein van het Bolzaanse transportbedrijf Sasa beschikt Bolzano over een van de beste H2-infrastructuren van Europa. Bovendien komt de waterstof die hier beschikbaar is uitsluitend uit hernieuwbare bronnen – voornamelijk uit elektrolyse met elektriciteit uit waterkracht. Daarnaast bieden de omliggende Dolomieten met hun uitdagende bergpassen en grote hoogtes ideale omstandigheden voor de hoogtetest van het brandstofcelsysteem en verdere tests bij veeleisende topografie en lage temperaturen.

"De wintertest is echter slechts een van de vele tests die de eCitaro fuel cell moet ondergaan voordat deze vanaf de zomer in serieproductie gaat", benadrukt Shahrukh Javed, projectleider voor de eCitaro fuel cell. "Met name de waterstoftanks en het brandstofcelsysteem hebben de uitgebreide veiligheidstests met succes doorstaan, waarvan sommige verder gaan dan de wettelijk vereiste tests." Daartoe behoren bots- en schudtests en een sledetest met het bevestigingssysteem, waarmee een ongevalsituatie wordt gesimuleerd. Voor het testen onder hete omstandigheden ging de eCitaro fuel cell naar de klimaatkamer van de truckcollega's in Wörth, Pfalz.

Dat het ondanks de klimaatkamer met rollentestbank echter nog steeds nodig is om onder reële omstandigheden te rijden, staat voor Javed buiten kijf: "De vele verschillende meetresultaten en inzichten die we tijdens deze reis kunnen opdoen vanwege de grote hoogtes, de steile trajecten en de lage temperaturen, kunnen door niets worden vervangen." Voor de Alpenoversteek en de verschillende testritten op Alpenpassen maakt de projectleider een positieve balans op: "De eCitaro fuel cell heeft de uitdagingen van deze Alpenreis met glans doorstaan. Dankzij het nieuwe energiemanagement werkte de brandstofcel zelfs op lange en steile hellingen overwegend in het meest efficiënte bereik tussen 20 en 30 kW. Het nieuwe thermomanagement bleek een belangrijke component voor de energie-efficiëntie, omdat het de restwarmte van de brandstofcel optimaal benutte voor de temperatuurregeling van het passagierscompartiment. Tijdens deze veeleisende testrit overtrof de eCitaro fuel cell onze verwachtingen, zowel wat betreft de actieradius als de efficiëntie van de aandrijving en het brandstofcelsysteem."