En elcykel som drivs med väte istället för el? Nej, detta är inte en utopi, men verkligheten:industrigasspecialisten Linde har utvecklat en vätepedelek utrustad med en kompakt bränslecell istället för det vanliga batteriet. Florian Freund inspirerades av uppfinningen för sin Matura-avhandling:Han utvecklade en prototyp med vilken väte-elcykeln kan tankas säkert vid H2-tankstationen på Empa-mobilitetsdemonstratorn.

Florian Freund, en examen från Sumatra high school i Zürich, var redan som barn intresserad av energi - från ånglok på museer till kärnkraft. Men så småningom utvecklade han också en medvetenhet om nackdelarna med fossil- och kärnenergiteknik, särskilt farorna med klimatförändringar. Detta motiverade den unga forskaren att undersöka alternativa energier för sin Matura -uppsats. Ett ämne hittades snabbt:Power-to-gas och fuel cell-tekniken borde vara-och i slutet av arbetet borde något praktiskt skapas.

Cykla med väte

Bränslecellsfordon anses vara hoppet om framtida rörlighet-och de är redan i serieproduktion:I Toyota Mirai, endast vattenånga kommer från avgaserna istället för avgaser. Vid mobilitetsdemonstratorn flytta på Empa, fordon kan tankas med väte som produceras av överskott av solenergi. Resan kan fortsätta inom några minuter. En klar fördel jämfört med elfordon:Om batterierna är tomma, en längre paus krävs tills de är tillräckligt laddade igen. Samma problem är känt för e-cykelryttare:Lika praktiskt som pedalhjälp är till vardags-längre lastpauser krävs också för längre sträckor. Kan väte också hjälpa till här?

Wienbaserade gasspecialisten Linde Gas har utvecklat en e-cykelprototyp som är utrustad med en bränslecell och vätgastank istället för ett batteri. En tankfyllning av 33 gram vätgas bör tillåta en räckvidd på mer än 100 km. När Florian Freund fick höra om detta koncept, det praktiska målet för hans arbete kom snabbt fram:ett nytt tankningskoncept för vätecykeln.

Elcykelns tryckcylinder rymmer drygt 1,3 liter-vilket motsvarar cirka 33 gram väte vid det planerade cylindertrycket 340 bar. Enligt tillverkarens koncept, cykeln ska tankas från större tryckflaskor. Freunds idé:I stället för att varje cykelägare måste förvara en sådan flaska hemma, e-cyklar kan också tankas på vätgasstationer som faktiskt var avsedda för bilar, som den vid Empas rörlighet demonstrationsflytt.

Dock, detta är inte så lätt:Tankstationerna är utformade för att fylla väsentligen större tankar i ett vätfordon - med ett permanent programmerat tankningsprogram som initialt utlöser en trycksteg vid 440 bar tryck för att testa eventuella läckor och mäta befintliga tryck i flaskan. Först efter denna initiala tryckstigning börjar den normala tankningsprocessen.

Från modell till prototyp

Efter att ha fått avvisa några begrepp, Freund fick äntligen sitt genombrott under en diskussion med Empa -forskaren Urs Cabalzar, som stödde den unga forskaren:"Vi insåg att den första tryckökningen redan var tillräcklig för att fylla flaskan - förutsatt att gasen inte längre rinner tillbaka till tankstationen efteråt, sa Freund.

Efter lite utvecklingsarbete och med stöd av sponsorn, vätskesystemspecialisten Swagelok, detta resulterade i prototypen:En tryckregulator minskar tryckstegringen från 440 till 275 bar. Av praktiska skäl, detta värde är lägre än det möjliga maximala cylindertrycket på 340 bar-den anslutningskoppling som används får endast användas upp till ett tryck på 275 bar. En backventil installerad i tryckregulatorn säkerställer att gasen inte strömmar tillbaka till tankstationen. Freund har också övervägt återförsäkring:en överströmningsventil säkerställer att gasen släpps ut vid för högt tryck. Två inbyggda manometrar gör att regulatorn och ventilen kan justeras och trycket kan övervakas. Användaren kan ansluta sin flaska till tryckregulatorn via en slang och en koppling.

Efter att examen hade slutfört sin prototyp och noggrant kalibrerat den, uthållighetstestet utfördes:han kopplade det till Empa H2 -tankstationen tillsammans med flaskan under överinseende av Urs Cabalzar. Och konceptet motstod teorin; systemet startade tankningsprocessen med testtrycksstegringen - och på tre sekunder var flaskan full.

En framgångsrik avhandling - men är vätecykelns princip också lämplig för daglig användning? Florian Freund är - åtminstone för tillfället - fortfarande lite skeptisk:"Först, väte -teknik måste etablera sig i vanliga fordon för att bränsleceller ska bli billigare och tankningsinfrastrukturen ska vara tillräckligt tät. Men då skulle ingenting stå i vägen för det nya ridglädjen. "