Mobil mit Brennstoffzelle

Wir stehen heute vor der Herausforderung, Mobilität auch ohne Erdöl zu ermöglichen. Die Treibstoffversorgung für unseren Straßenverkehr hängt aktuell fast ausschließlich von fossilen Energiequellen ab. Mit global steigender Mobilität und zunehmender Erschöpfung der Ölfelder wird die Versorgung mit fossilen Kraftstoffen immer kritischer. Kraftstoffe auf Basis Erneuerbarer Energien können den Bedarf decken und damit auch geopolitische Abhängigkeiten reduzieren. Strom und Wasserstoff sind die Kraftstoffe für die Automobilität der Zukunft.
Je größer und je weiter, desto Brennstoffzelle
Für batterieelektrische Fahrzeuge sind Lithium-Ionen Batterien heute und für die Zukunft die Speicher der Wahl. Diese Fahrzeuge sind mit ihrem exzellent hohen Wirkungsgrad und ihrer Emissionsfreiheit ideale Stadt- und Lieferfahrzeuge. Die begrenzte Reichweite von 100 – 200 km – aufgrund der physikalisch begrenzten Speicherkapazitäten und langen Ladezeiten von Batterien – ist für diese Anwendungen in der Regel kein Problem. Die Technik ist bereits erfolgreich auch auf deutschen Straßen unterwegs.
In Brennstoffzellenfahrzeugen wird mit Wasserstoff in der Brennstoffzelle elektrischer Strom erzeugt, der zum Antrieb eines Elektromotors eingesetzt wird. Wie gewohnt wird der benötigte Kraftstoff im Fahrzeug, in Druckgastanks, mitgeführt. Aufgrund der hohen Energiedichte des Wasserstoffs ermöglichen Brennstoffzellenantriebe Reichweiten von mehreren hundert Kilometern, wodurch die Technik interessant ist für Reiselimousinen und Stadtbusse.
Kraftstoff Wasserstoff
Wasserstoff ist ein seit mehr als 100 Jahren etabliertes Industriegas, das weltweit in riesigen Mengen produziert und weiter verarbeitet wird. Zukünftig wird Wasserstoff nicht nur als erneuerbarer Kraftstoff sondern auch in der Energiewirtschaft eine zunehmend wichtigere Rolle spielen. Für die Speicherung der fluktuierenden Wind- und Sonnenenergie zeigt sich immer mehr, dass über Elektrolyse erzeugter Wasserstoff ein attraktiver Ansatz ist. Wasserstoff ist der optimale Speicher für große Energiemengen und kann vielfältig genutzt werden: als Kraftstoff für Reiselimousinen, Transporter und Stadtbusse, für die Rückverstromung über Gasturbinen, zur Beimischung im Erdgasnetz oder für die klassische Industrieanwendung. Für die stationären Speicher wird Wasserstoff in einfachen Mitteldrucktanks (bis etwa 60 bar) gespeichert. Im mobilen Einsatz favorisiert die Autoindustrie die Druckgasspeicherung von Wasserstoff mit der 700 bar-Technik, dadurch ist eine Schnellbetankung aller Fahrzeuge in wenigen Minuten an einer H2-Tankstelle, ähnlich wie bei Benzin, möglich.
Die Brennstoffzelle im Fahrzeug heute
Durch die effiziente und emissionsfreie Umwandlung von Wasserstoff in elektrische Energie sind Brennstoffzellen sehr viel versprechend für den CO2-freien Verkehr. Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen ist doppelt so hoch, wie der von Verbrennungsmotoren. Im standardisierten Fahrzyklus liegt der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenantriebes zwischen 40 und 50%, während bei einem modernen Dieselantrieb nur 25% der eingesetzten Energie am Rad übrig bleiben. Hinzu kommt, dass Wasserstoff sehr einfach, effizient und in ausreichenden Mengen aus Erneuerbaren Energien erzeugt werden kann. Die Brennstoffzelle hat wegen der Abwärme anders als batterieelektrische Autos kein Klimatisierungsproblem. Nahezu alle Automobilhersteller treiben das Thema in großen Projekten voran. Daimler hat die Markteinführung für 2014 angekündigt, weitere Fahrzeuge von Honda, Toyota und anderen kann man inzwischen immer häufiger auf der Straße sehen.
Hemmnis Infrastruktur
Der Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur hat begonnen und fokussiert sich derzeit auf Hamburg und Berlin, aber auch in Städten wie Stuttgart wurden erste Tankstellen aufgebaut. Parallel zur Serienproduktion werden die bereits bestehenden 15 Tankstellen bis 2015 auf mindestens 50 öffentliche Tankstellen in Deutschland ausgebaut werden. Auf der Industrieseite spielen hier die Daimler AG gemeinsam mit Linde und anderen Gaseherstellern eine Schlüsselrolle, auf der politisch strategischen Ebene koordiniert die bundeseigene Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie GmbH (NOW) alle Akteure.
Die komplette Wertschöpfungskette entscheidet über den Erfolg
Der Wandel bei der Energieversorgung und bei Antriebstechnologien führt zu einem neuen Produktspektrum in der Industrie. Batterien und Superkondensatoren sowie Brennstoffzellen und Wasserstoff gewinnen stark an Bedeutung. Die Entwicklung neuer Antriebstechnologien orientiert sich an den konkreten Anforderungen der Fahrzeuge auf unseren Straßen. Kriterien wie Lebensdauer und Kosten, Sicherheit und Funktionalität müssen durchgängig verstanden und optimiert werden. Die Expertise des ZSW umfasst die gesamte Bandbreite der Technologien: Von Systemtechnik, Optimierung von Komponenten, Synthese neuer Materialien bis zu Fertigungstechnologien.
Prof. Werner Tillmetz
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
www.zsw-bw.de