Mobilität

Wasserstoff als Kraftstoff

Eine wichtige Anwendung des durch H2ORIZON erzeugten Wasserstoffs: Mobilität. Das bedeutet einen gewaltigen Fortschritt für die Zukunft der Mobilität in unserer Region. Für die individuelle Fortbewegung ebenso wie für den öffentlichen Nahverkehr.

In Verbindung mit Brennstoffzellen

Mit Wasserstoff ist es möglich, gewonnene erneuerbare Energie sehr effizient zu speichern und dann fernab vom Stromerzeuger umweltfreundlich einzusetzen. Diese Eigenschaften machen Wasserstoff besonders für den Mobilitätsbereich interessant. Denn dieser ist besonders auf transportable Energieträger angewiesen. Im Verkehrsbereich wird Wasserstoff zumeist in Verbindung mit Brennstoffzellenanwendungen eingesetzt. Brennstoffzellen sind hocheffiziente und saubere elektrochemische Energiewandler. Sie wandeln die chemische Energie des Wasserstoffs direkt in Strom um. Ihr Wirkungsgrad ist beispielsweise in Fahrzeugen doppelt so hoch wie der von Verbrennungsmotoren. Brennstoffzellenfahrzeuge können in drei Minuten mit dem Gas vollgetankt werden und haben dann mehr als 500 Kilometer Reichweite. Damit sind sie genauso nutzbar wie die Konkurrenz mit Verbrennungsmotor. Zudem können Wasserstofftanksäulen einfach an vorhandenen Tankstellen dazugestellt werden. Allerdings sind sie aufgrund der hohen Investitions- und Betriebskosten (z.B. Kompression auf 800 bar) derzeit noch sehr teuer. Es werden aber, im Vergleich zu Stromladesäulen, weniger gebraucht.

Mobilität der Zukunft

Auf dem Weg in eine umweltfreundliche Zukunft spielen innovative und intelligente Verkehrskonzepte eine bedeutende Rolle. Das Land Baden-Württemberg hat sich der nachhaltigen Mobilität verschrieben und unterstützt entsprechend Konzepte für Straße und Schiene. Bereits ab 2018 sollen auch erste Züge mit emissionsfreiem Brennstoffzellenantrieb durch Baden-Württemberg rollen.

Der »grüne Wasserstoff« des Projekts H2ORIZON unterstützt diese Technologie und wird daher vorrangig als Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge (PKW, Züge) eingesetzt. Damit leistet H2ORIZON einen wichtigen Beitrag für die Mobilitätsanwendungen sowie die Wasserstoff-Infrastruktur in Baden-Württemberg bzw. Süddeutschland.

Technologie für den Alltag

Die Automobilindustrie verfolgt derzeit unterschiedliche strategische Ansätze im Hinblick auf das Thema Power-to-Gas. Die Mehrzahl entwickelt wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Pkw. Auch für den öffentlichen Personennahverkehr ist Wasserstoff eine interessante Alternative um emissionsfrei fahren zu können. Keine Staubpartikel oder Stickoxide schädigen vor Ort Mensch und Umwelt. Noch ist die Technologie jedoch zu teuer und der konkurrierende Dieselkraftstoff zu günstig. Um mit Wasserstoff in Autos und Zügen annähernd auf den Energiegehalt und Reichweite von konventionellen Treibstoffen zu kommen, wird das Gas entweder bei sehr hohen Drücken von bis zu 700 bar oder flüssig bei minus 253 Grad gespeichert. Beides sind extreme Werte und mit entsprechenden Herausforderungen an die Technik verbunden.

Mobil durch Wasserstoff

Wasserstoff kann man flüssig oder gasförmig lagern und transportieren - und seine Energie kontrolliert wieder freisetzen. Bei dieser Freisetzung entstehen keine Schadstoffe und keine klimaschädigenden Emissionen, sondern nur Wasserdampf. Wenn außerdem die zu speichernde Energie mit Hilfe erneuerbarer Energiequellen gewonnen wird, ist Wasserstoff eine »saubere« Energielösung.

Mit Wasserstoff ist es möglich, gewonnene erneuerbare Energie sehr effizient zu speichern und dann fernab vom Stromerzeuger umweltfreundlich einzusetzen. Diese Eigenschaften machen Wasserstoff besonders für den Mobilitätsbereich interessant. Denn dieser ist besonders auf transportable Energieträger angewiesen.

Im Verkehrsbereich wird Wasserstoff zumeist in Verbindung mit Brennstoffzellenanwendungen eingesetzt. Brennstoffzellen sind hoch effiziente und saubere elektrochemische Energiewandler. Sie wandeln die chemische Energie des Wasserstoffs direkt in Strom um. Ihr Wirkungsgrad ist beispielsweise in Fahrzeugen doppelt so hoch wie der von Verbrennungsmotoren.

Flüssige oder gasförmige Kraftstoffe aus regenerativer Energie sind von der Politik derzeit als Ergänzung zur Elektromobilität angestrebt. Der Anwendungsfokus liegt auf dem Straßenverkehr (Güter, Langstrecken) sowie der Binnenschifffahrt. Auch für den Flugverkehr ist Einsatz von Wasserstoff als Power-to-Liquid eine Option, liegt aber anwendungstechnisch noch in weiterer Ferne.

Um mit Wasserstoff in Autos und Zügen annähernd auf den Energiegehalt und Reichweite von konventionellen Treibstoffen zu kommen, wird das Gas entweder bei sehr hohen Drücken von bis zu 700 bar oder flüssig bei minus 253 Grad gespeichert. Beides sind extreme Werte und mit entsprechenden Herausforderungen an die Technik verbunden.

Über die genannten Methoden der Verwendung hinaus gibt es noch die Möglichkeit, Wasserstoff in Feststoffen zu binden, welche wiederum flexibel genug sind, um als Transport- und Lagermedium für Wasserstoff zu dienen.

Die Speicherung

Lange Jahre waren im Fahrzeugbau Hochdrucktanks etabliert, die Wasserstoffgas auf stattliche 700 bar zusammenpressen. Das entspricht einem Druck je Quadratzentimeter von 700 Kilogramm. Etwa fünf Kilogramm Wasserstoff nehmen sie auf diese Weise auf. Doch die fünf Kilogramm brauchen Platz, das Volumen des Hochdrucktanksystems liegt bei rund 260 Litern. Damit schafft ein Auto tatsächlich die von den Automobilherstellern geforderte Reichweite von 500 Kilometern. Ein Dieselfahrzeug benötigt für dieselbe Strecke etwa 33 Kilogramm Treibstoff, rund 37 Liter. Komplett misst ein passendes Tanksystem dafür gerade einmal 46 Liter Raumvolumen, also unter 20% des Volumens für das Hochdrucksystem. Zudem ist in Betracht zu ziehen, dass das komplette Wasserstoff-Tanksystem für einen Pkw etwa 125 kg wiegt. Der Energieaufwand für die Komprimierung auf 700 bar liegt bei ca. 12 % des Energieinhaltes des Wasserstoffs.

Eine Alternative ist die Speicherung von Flüssigwasserstoff. Die volumenbezogene Energiedichte von Flüssigwasserstoff ist sehr viel höher als von Wasserstoff im gasförmigen Zustand. Würden zwei identisch große Speichertanks mit beiden Wasserstoff-Arten gefüllt, läge die Energiemenge des tiefkalt-flüssigen Wasserstoffs im Vergleich zu Wasserstoffs, der mit 700 bar druckgasförmig gespeichert wird, um 75 Prozent höher. Fahrzeughersteller wie z.B. BMW setzen in künftigen Modellen bereits auf diese Technologie, die Forschung und Entwicklung im Bereich des sog. »kryogenen« Wasserstoffs im Bereich Pkw wird jedoch weiter vorangetrieben. Der Energieaufwand für die Verflüssigung beträgt je nach Menge und angewandter Methode 28% bis 46% des Energieinhaltes des Wasserstoffs.

Hoffnungsträger für alternative Speichersysteme, wie Metallhydride, werden aufgrund des hohen Speichergewichts und der hohen Kosten wohl auf absehbare Zeit nicht in PKWs, sondern eher in U-Booten zum Einsatz kommen.