So klappt die Energiewende

Anwendungsmöglichkeiten der Wasserstofftechnologie

Im ersten Bericht zur Wasserstofftechnologie auf «GRimpuls» im Februar 2020 wurde beschrieben, dass Wasserstoff als zukünftiger Energieträger sehr viele Vorteile aufweist. In diesem zweiten Teil wollen wir nun darauf eingehen, in welchen Bereichen sich diese Technologie anwenden lässt.

Von Peter Tromm | Dozent und Projektleiter, Fachhochschule Graubünden Fr, 17.04.2020

Prinzipiell lassen sich Brennstoffzellen sowohl stationär wie auch mobil einsetzen. Zu den stationären Einsatzmöglichkeiten zählen Gebäude, in denen mittels Wasserstoff Wärme und Strom erzeugt werden. Photovoltaik produziert Strom und Wasserstoff. Auf diese Weise sind die Häuser autark, also ohne Stromanschluss ans Netz, und können durch die gespeicherte Energie sonnenarme Zeiten und Nächte überbrücken. In Japan werden bereits 305 000 Häuser so betrieben (Stand April 2019). 

Strassenverkehr

Bereits seit über 30 Jahren wird in der Automobilindustrie Forschung betrieben, um erdölbasierte Treibstoffe durch Wasserstoff zu ersetzen. Zunächst wurde dabei der Wasserstoff in handelsübliche Benzinmotoren eingespritzt (z.B. BMW 1991). Heute setzt man vermehrt auf Brennstoffzellen für den mobilen Einsatz.

Die zwei wichtigsten Vorteile eines Antriebs mittels Brennstoffzelle liegen auf der Hand: 

  • 1. Als Verbrennungsprodukt entsteht lediglich Wasser, keine Abgase.
  • 2. Ein Elektromotor erzeugt Strom beim Bremsen und Bergabfahren (Rekuperation), welcher in einer Batterie gespeichert wird und anschliessend wieder zum Fahren verwendet wird.

Ein Vergleich der gesamten PKW-Emissionen, bezogen auf Kohlenstoffdioxid, hat gezeigt, dass Brennstoffzellenfahrzeuge um den Faktor zwei bis drei besser abschneiden als solche mit Diesel oder Benzin, inclusive aller Produktionswege der Energie und der Emissionen im laufenden Betrieb.

Viele Automobilfirmen haben bereits Brennstoffzellenfahrzeuge zu Testzwecken hergestellt. In Serie produziert werden zurzeit Modelle von Toyota (Mirai), von Hyundai (Nexo) und Mercedes (GLC FC). Diese Fahrzeuge werden bereits in der Schweiz verkauft.

Dies bedingt eine Tankstellen-Infrastruktur. Es gibt zurzeit zwei öffentliche Wasserstofftankstellen in der Schweiz, eine in Dübendorf bei der EMPA (Eidgenössische Materialprüfanstalt) und eine in Hunzenschwil (Kanton Aargau) von Coop. Ein Konsortium von Firmen (u.a. Coop, Migrol, Avia, H2-Energy) treibt den Ausbau der Tankstellen flächendeckend für die Schweiz voran, es entstehen gerade weitere. In Deutschland z.B. existieren zurzeit ca. 85 von geplanten 500 Tankstellen.

Erste Lastwagen und Busse mit Brennstoffzellen sind bereits im Einsatz. In der Schweiz hat Coop einen LKW umrüsten lassen.

Brennstoffzellen-Lastwagen von Coop, Busse der Londoner und der Berliner Verkehrsbetriebe mit Brennstoffzellenantrieb. (Bilder zVg)

Brennstoffzellen-Bus aus Berlin Brennstoffzellen-London-Bus

 

Die Tanks von LKW werden mit 350 bar Druck gefüllt, PKW mit 700 bar. Beim Verbrauch entspricht ein Kilogramm Wasserstoff etwa sechs Litern Benzin, ein Auto kann also mit einem Kilogramm Wasserstoff etwa 100 Kilometer weit fahren. Allerdings hat ein Kilogramm Wasserstoff bei einem Druck von etwa 700 bar ein Volumen rund zehn bis zwölf Litern. Man benötigt also wie bisher eine Tankgrösse von etwa 50 bis 60 Litern, wenn man 500Kilometer weit mit einer Tankfüllung fahren möchte. Der Preis für ein Kilogramm H2 beträgt ca. zehn Franken bzw. zehn Euro, womit ein Autofahrer vergleichbare Treibstoffkosten pro 100 Kilometer hat.

Sogar Zweiräder mit Brennstoffzellenantrieb werden gebaut.

 

Ein Roller, der mit einer Brennstoffzelle angetrieben wird. (Bild zVg)

 

Bahnverkehr

Die Firma Alstom, Eisenbahn-Produzent in Frankreich, hat 17 wasserstoffbetriebene Züge hergestellt und nach Bremerhaven in Norddeutschland geliefert für nicht elektrifizierte Strecken. Andere Bundesländer haben nun auch bestellt, und Stadler Rail entwickelt ebenfalls derartige Züge.

Alstomzug mit Brennstoffzellenantrieb. (Bild zVg)

 

Schiffsverkehr

In Amsterdam und Hamburg existieren mit Brennstoffzellen betriebene Ausflugs-Schiffe, das in Hamburg steht seit 2007 im Einsatz. In Norwegen und Dänemark planen Reedereien zurzeit Fährschiffe für Nord- und Ostsee.

Brennstoffzellenboot in Amsterdam. (Bild zVg)

 

Flugverkehr

Das deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum DLR hat ein brennstoffzellen-betriebenes Flugzeug gebaut, das auch Passagiere befördern kann. Es ist zwar ein Forschungsobjekt, geplant sind aber bereits Flugzeuge für 12 Passagiere im innereuropäischen Business-Betrieb und für 100 Passagiere für Europaflüge. Auch Boeing und Airbus forschen an der neuen Technik.

Flugzeug mit Brennstoffzellenantrieb des deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums. (Bild zVg)

 

Diese Ausführungen zeigen, dass Wasserstoff überall eingesetzt werden kann. 

Dies ist der zweite Artikel in einer Serie zum Thema Wasserstoff. Der erste Artikel mit einer Einführung zum Thema ist am 23. Januar 2020 auf «GRimpuls» erschienen. In einem dritten Artikel wird der Autor auf die Chancen und die Bedeutung einer Wasserstoffwirtschaft für den Kanton Graubünden eingehen.

Zum Autor

Dr. Peter Tromm arbeitet am Zentrum für wirtschaftspolitische Forschung ZWF der Fachhochschule Graubünden. Unter anderem leitet er zurzeit das Projekt «Wasserstoff für die Energiewende». Es geht dabei um regionalwirtschaftliche Auswirkungen im Kanton Graubünden. Mithilfe dieses Projektes soll abgeklärt werden, ob Wasserstoff in Graubünden wirtschaftlich hergestellt und genutzt werden kann, ob und wie sich Wasserstoff-Tankstellen auch im Berggebiet wirtschaftlich betreiben lassen, welcher Nutzen für die gesamte Region aus einer Wasserstoffwirtschaft resultieren kann und ob sich Wasserstoff sinnvoll und genügend speichern lässt. 

Kontakt: peter.tromm@fhgr.ch