Wasserstoff / Brennstoffzellen
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WHG Know-how

Einsatzgebiete von Wasserstoff

Wasserstoff als Energieträger kann in Zukunft viele Bereiche unseres Lebens verändern. Zusammen mit der Brennstoffzelle hat er das Potenzial, die gesamte Energieversorgung zu revolutionieren.
Ob als Treibstoff im Verkehr oder als Energielieferant zur Strom und Wärmeerzeugung. Wasserstoff ermöglicht den Einsatz erneuerbarer Energieträger in all diesen Bereichen. Wer also mit Solar- oder Windenergie kochen oder Auto fahren möchte, wird dies mit Solarwasserstoff tun können.
Ganz allgemein lassen sich die Einsatzgebiete für den Wasserstoff in drei Bereiche aufteilen: Stationäre-, mobile- und portable Anwendungen.

Mobile Anwendungen
Alle Verkehrsmittel, die wir heute kennen, lassen sich prinzipiell mit Wasserstoff antreiben. Es gibt dafür zwei Möglichkeiten: Der Wasserstoff wird in ganz normalen Motoren verbrannt und ersetzt das Benzin. Die andere Option ist die Verwendung von Brennstoffzellen, die im Fahrzeug elektrische Energie für einen Elektromotor erzeugen, mit dem dann das Fahrzeug angetrieben wird.
Die Verwendung der Brennstoffzelle im Fahrzeug hat einige entscheidende Vorteile: Aus dem Auspuff kommt nur noch Wasser, sie arbeitet geräuschlos und ohne Vibrationen und ist effizienter als ein Verbrennungsmotor: sie spart also Energie. Wenn ein Brennstoffzellen-Auto an der Ampel steht, gibt es keine Geräusche, da auch der Motor stillsteht. Auch die Anfahrgeräusche sind deutlich geringer. Es wird viel leiser in unseren Städten.

  • PKW mit Brennstoffzelle
    Weltweit entwickeln fast alle großen PKW-Hersteller Versuchsfahrzeuge auf Brennstoffzellen-Basis. In Deutschland übernehmen vor allem Daimler, GM/Opel und Ford eine Vorreiterrolle. BMW hat schon sehr früh Wasserstofffahrzeuge vorgestellt und setzt auf konventionelle Verbrennungsmotoren die mit Wasserstoff betrieben werden. Seit 2007 werden die ersten Wasserstoff-Serienfahrzeuge der 7er Reihe an Kunden verleast. Insgesamt sollen es etwa 100 Fahrzeuge werden.
    Autohersteller in den USA, Europa und Japan haben angekündigt ab 2012 Brennstoffzellenfahrzeuge auf dem Markt anzubieten. Die fehlende Infrastruktur schränkt den Käuferkreis zunächst auf typische Flottenbetreiber ein. Bis 2018 sollen Wasserstoffautos dann aber allen Käufergruppen angeboten werden und wesentliche Teile der Infrastruktur müssen dann vorhanden sein. Seit 2003 sind Testflotten vieler japanischer, koreanischer und deutscher Autohersteller an ausgewählte Leasingkunden übergeben worden und z.B. im Rahmen der "Clean Energy Partnership Berlin (CEP)" oder der "California Fuel Cell Partnership" in den USA im Einsatz. Insgesamt sind weltweit einige hundert Fahrzeuge in der Erprobung. Ein wichtiges Problem - das es zu lösen gilt - ist der Aufbau einer geeigneten Infrastruktur. Mit etwa 10.000 Tankstellen ließe sich eine europaweite Grundversorgung realisieren.
  • Stadtbusse mit Wasserstoff
    Auch für den Antrieb von Bussen gibt es beide Antriebskonzepte. Den Verbrennungsmotor und die Brennstoffzelle. Beide Optionen bieten gegenüber dem Dieselbus den Vorteil wesentlich geringerer lokaler Schadstoffemissionen.
    Im Rahmen verschiedener europäischer Projekte sind Wasserstoffbusse im Linieneinsatz unterwegs. Das für Europa wichtigste Projekt heißt "HyFLEET:CUTE" und im Rahmen dieses Projekts werden insgesamt 47 Busse an 12 Standorten getestet. Die wichtigsten Standorte sind Hamburg, wo 9 Daimler Citaro Brennstoffzellenbusse fahren, und Berlin, wo 14 Busse mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor von MAN ihren Dienst versehen.
  • LKW, Straßenbahnen, Lokomotiven und Schiffe
    Es gibt kaum ein Verkehrsmittel, für das es noch keine Brennstoffzellen- und Wasserstoff-Konzepte gibt. Bei Straßenbahnen und Lokomotiven wird überall dort der Einsatz diskutiert, wo noch keine Oberleitung existiert bzw. sehr stören würde. Die Mehrkosten für die Brennstoffzellen-Lokomotiven stehen dann den Kosten für die Oberleitung gegenüber.
    Für LKWs werden Wasserstoff und Brennstoffzellen derzeit noch nicht intensiv erprobt, da diese auf der Langstrecke auch mit Diesel sehr effizient fahren.
    Für den innerstädtischen Lieferverkehr sind Brennstoffzellen hingegen sehr interessant, da diese Fahrzeuge meist in einer Flotte betrieben werden und eine definierte Fahrleistung haben. Abends lassen sich diese Fahrzeuge im Depot wieder betanken. Lieferfahrzeuge mit Brennstoffzelle sind bei verschiedenen Paketdiensten bereits in der Erprobung.
    Auf Schiffen ergeben sich besonders im stadtnahen Einsatz erhebliche Emissionsvorteile. Etwa bei Personenfähren oder Rundfahrtdampfern. Zudem sind diese Schiffe sehr leise und für den Fahrgast sehr angenehm, da die Brennstoffzelle geräuschlos arbeitet. Auf großen Schiffen ist zunächst die Bordstromversorgung angedacht damit die Generatoren im Hafen abgestellt werden können. In Hamburg wird 2008 der erste Alsterdampfer mit Brennstoffzellenantrieb als Rundfahrtschiff in Betrieb gehen.
  • Wasserstoff-Flugzeuge
    Seit Anfang der 80er Jahre arbeitet der russische Hersteller Tupolev an Flugzeugversionen mit kryogener Treibstoffversorgung. Tupolev stellte 1988 eine TU 154 vor, bei welcher das rechte der drei Triebwerke auf Flüssigwasserstoff-Antrieb modifiziert und Wasserstofftanks eingebaut waren.
    Das Triebwerk wurde über die gesamte Flugphase über insgesamt etwa 100 Stunden erfolgreich betrieben.
    Auch von der großen europäischen Luftfahrtindustrie etwa bei Dornier und Airbus gab es Überlegungen und Tests zu Wasserstoffflugzeugen. Derzeit gibt es allerdings keine ernsthaften Anstrengungen. Es gibt aber durchaus Konzepte, Brennstoffzellen zur Bordstromversorgung einzusetzen und das dabei entstehende Wasser im Flugzeug zu nutzen um Fluggewicht zu sparen.
Stationäre Anwendungen
Brennstoffzellen sind kleine Heizkraftwerke. Sie wandeln den Energieträger Wasserstoff in Strom und Wärme. Durch die kombinierte Nutzung von beidem, Strom und Wärme, ergibt sich eine sehr gute Ausnutzung des ursprünglich eingesetzten Primärenergieträgers.
Solche kombinierten Brennstoffzellen-Kraftwerke lassen sich in unterschiedlichen Baugrößen realisieren. Neben kleinen dezentralen Kraftwerken in Leistungsbereichen zwischen 200 kW und einigen Megawatt sind vor allem die kleinen Systeme eine interessante Option. Im Leistungsbereich üblicher Hausheizungen können diese Systeme nicht nur Heizenergie Liefern sondern auch Strom, der gegebenenfalls ins Netz eingespeist werden kann. Millionen solcher Hausbrennstoffzellen können dann gemeinsam ein Kraftwerk bilden. Ein Kraftwerk, welches z.B. als Regelreserve in einer erneuerbaren Energiewirtschaft dienen kann.
Hausbrennstoffzellen arbeiten heute vornehmlich mit Erdgas und benötigen einen Reformer um den notwendigen Wasserstoff zu erzeugen. In Deutschland entwickeln viele Heizungshersteller an solchen Systemen. In Japan waren 2007 weit über 1000 Systeme installiert und 2008 sollen mehrere tausend weitere folgen. Ab 2011 sollen die Systeme in Japan dann in die Massenfertigung gehen. Viele Öl- und Gasfirmen forcieren die Entwicklung in Japan.
In großer Stückzahl hergestellt, haben Hausbrennstoffzellen das Potenzial kaum teurer zu sein als ein konventioneller Heizkessel und trotzdem erzeugen sie quasi "nebenbei" noch Strom! Zwar ist die Heizenergieversorgung damit noch nicht CO2 frei, allerdings wird die Energie die zur Stromerzeugung benötigt wird besser genutzt.

Portable Anwendungen
Ein sehr großes Einsatzgebiet für Brennstoffzellen und Wasserstoff ist die Energieversorgung tragbarer Geräte: Mobiltelefone, tragbare Computer, MP3-Player, Videokameras und vieles andere ließe sich mit Wasserstoff oder Methanol und batteriegroßen Brennstoffzellen betreiben.
Die Betriebsdauer eines Notebooks mit Brennstoffzelle übersteigt die von herkömmlichen Akkus bei weitem. Eingesetzt werden hierfür derzeit hauptsächlich Direkt-Methanol-Brennstoffzellen. Aus einer Methanol Kartusche werden diese Brennstoffzellen mit Energie versorgt. Neigt sich der Methanol-Vorrat dem Ende, wird einfach die Kartusche getauscht und schon ist der "Akku" wieder voll und für viele Stunden betriebsbereit.
Noch kleinere Brennstoffzellen, so genannte Mikrobrennstoffzellen, ließen sich in Handys integrieren. Es wurden bereits Prototypen mit 50 Stunden Betriebsdauer vorgestellt.
Auch portable Anwendungen größerer Leistung sind in der Entwicklung. In den USA werden bereits Baustellenbeleuchtungen in abgelegenen Regionen mit Brennstoffzellen betrieben. Bei entsprechender Tankgröße funktionieren diese Systeme über Wochen und sind im Betrieb billiger als Batteriespeicher gleicher Kapazität. Gleiches gilt für die Energieversorgung von abgelegenen Sendestationen von Mobilfunkanbietern.