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Die Energie der Zukunft -
Wasserstoff
Eine endlos gewinnbare
Energie |
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Energie der Zukunft
Ein Sach- und Fachbuch zur neueren Entwicklung
der Wasserstofftechnik und Brennstoffzellen und zur Firma Ballard Power
Systems und ihrer Zusammenarbeit mit DaimlerChrysler.
Wie kam Ballard zu Brennstoffzellen? Was ist PEM-Technik? Wie wurde eine
kanadische Firma zum Weltmarktführer? Wie kam es zur Zusammenarbeit mit
Daimler Benz
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Wasserstoff und Brennstoffzellen
Die Begriffe „Wasserstoff-Wirtschaft“ und
"Brennstoffzellen-Technik" sind bereits seit geraumer Zeit in vieler
Munde. Es heißt, die Wasserstoff-Technologie könne heutige Energie- und
Umwelt-Probleme lösen und Brennstoffzellen seien die ultimativen
Energiewandler, die uns zukünftig sauber, leise und effizient mit Strom
und Wärme versorgen werden. Was ist aber tatsächlich dran an derartigen
Äußerungen
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Die neuen Grenzen des Wachstums
Dieses Buch müsste Pflichtlektüre für jeden Politiker der Welt sein.
Die 1972 erschienene Studie "Die Grenzen des Wachstums" hat die
umweltpolitische Diskussion der siebziger und achtziger Jahre
entscheidend geprägt. Heute sind bereits einige Grenzen der
Belastbarkeit überschritten, Grund für die Autoren, neue Warnzeichen zu
setzen
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Was bringt
Hybrid-Technik?
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Wasserstoff-Tankstellen - weltweit
Der überwiegende Teil aller Wasserstoff-tankstellen
findet sich derzeit in Europa, Nordamerika und Asien. Vor allem
Kalifornien, Westeuropa und Japan sind hier die Vorreiter. Die Zahl
neuer Tankstellen hat rapide zugenommen im Vergleich zu noch vor wenigen
Jahren. Auch der kommende Zubau an Wasserstoff-tankstellen erfolgt
vorwiegend im Rahmen umfangreicher, regionaler Strategiepläne zur
Infrastruktur-entwicklung.
Das Informationssystem umfasst alle Kategorien an Wasserstoff-
tankstellen, derzeit in Betrieb befindliche, geplante Wasserstoff-
tankstellen sowie Tankstellen, die mittlerweile wieder außer Dienst
gestellt sind
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USA Der Alleingang in Sachen Kyoto-Protokoll stärkt das nationale
Bewusstsein.
Die Klimaproblematik
ist das erste ernsthafte umweltpolitische Thema von globaler Dimension.
Es gibt aber keine globale Energiepolitik.
Die Amerikaner bewerten anders als die EU
Schadstoffausstoss, Verbrauch und Lärm sind die Hauptkriterien die zur
Zeit ausschlaggebend sind in der EU.
Resultate von US-Studien hingegen gehen von einem "ganzheitlichen"
Ansatz aus.
Die amerikanische Studie anerkennt nämlich, dass neue Autos nicht
einfach vom Himmel fallen und die alten auch nicht vom Boden verschluckt
werden, wenn man sie nicht mehr braucht. Stattdessen wird von einer 'lifetime
energy usage' ausgegangen - der Energie die für ein Auto vom Bau der
Fabrik, über die Fertigung und den Betrieb bis zu seiner Verschrottung
aufgewendet werden muss
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Aber auch in den USA bleibt die Zeit nicht stehen. In der Autoindustrie
haben die Amerikaner mit ihren Spritfressern momentan den Anschluss verpasst.
Wenn nun führende Private-Equity-Gruppen - die grössten Kapitalisten
dieser Welt - das Steuer herumreissen, ist dies nicht verwunderlich. Sie
wissen, dass über kurz oder lang verbindliche Emissionsgrenzwerte
erlassen werden und ein Marktplatz für klimaschädliche Gase entstehen
wird.
Als sicher gilt, dass eine Wirtschaft, die sich diesem Wandel
widersetzt, technologisch ins Hintertreffen gerät und sich exzellente
Exportmöglichkeiten nach China, Indien etc. vergibt.
Eine nachhaltige Klimapolitik entspringt deshalb dem puren Eigennutz der
Wirtschaft.
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Auch wenn in unseren Tagen die Abschätzung über das Ende von Erdgas, Erdöl
und Kohle durch Entdeckung neuer Vorkommen ständig korrigiert wird, über
den Rückgang dieser Energieträger
- sowie eine sinnvollere Verwendung - herrscht Einigkeit.
Hoffnungsträger Wasserstoff
Nullemission - Brennstoffzelle - Wasserstoff.
Begriffe, welche zur Zeit die Diskussion rund um nachhaltige Mobilität
prägen. Wasserstoff als Treibstoff ist effizient und sauber.
Wasserstoff kann nicht wie primäre fossile Ressourcen gefördert oder wie
Biomasse geerntet werden, sondern wird aus einem Brennstoff oder durch
Elektrolyse von Wasser gewonnen und ist eine erneuerbare Energie. Die
Effizienz, Kosten und Umweltauswirkungen der Herstellung sind deshalb
entscheidend für eine Hauptrolle unter den Brenn- und Treibstoffen der
Zukunft.
Wasserstoff lässt sich aus diversen primären Energieträgern und über
verschiedenste Prozesse herstellen.
Quelle: Paul Scherrer Institut Villigen PSI Schweiz
Derzeit sind drei wesentliche Erzeugungspfade für den Wasserstoff von
Interesse. Zum einen die Elektrolyse, betrieben mit elektrischem Strom. Als
zweites die Reformierung wasserstoffhaltiger Gase wie Erdgas oder Biogas,
sowie die Vergasung von Biomasse.
In Zukunft wird es noch weitere Pfade geben, etwa die
Wasserstoffproduktion durch Algen oder Hochtemperaturprozesse in
solarthermischen Kraftwerken.
Der Wasserstoff selbst ist immer so sauber oder nachhaltig, wie der
Energieträger aus dem er hergestellt wird.
Wie ändert sich der Alltag durch die Einführung von Wasserstoff?
Am deutlichsten sichtbar werden zunächst kleinste portable Brennstoffzellen
für Anwendungen wie Mobiltelefone oder tragbare Computer. Betrieben mit
Wasserstoff oder Methanol erlauben sie gegenüber heutigen Akkus etwa die
dreifache Betriebsdauer und sind nach wenigen Sekunden wieder "aufgeladen".
Wesentliche Aenderungen wird es im Bereich der Mobilität geben. Es gibt kaum
ein Verkehrsmittel, bei dem Wasserstoff nicht eingesetzt werden kann.
Speziell die Einführung von Fahrzeugantrieben auf Brennstoffzellenbasis -
das optimale Betriebsmittel für Brennstoffzellen ist Wasserstoff - hat
neben der hohen Effizienz noch zusätzliche Vorteile: Der Elektroantrieb ist
sehr leise und praktisch frei von Vibrationen.
Unter Beteiligung aller namhaften Automobilhersteller fahren weltweit Prototypen mit PEM - Brennstoffzellenantrieb. Allein DaimlerChrysler
hat 2004 insgesamt rund 100 Einheiten von Testfahrzeugen in Europa, Japan, den
USA, Singapur und demnächst auch in China im Einsatz.
Brennstoffzellen-Fahrzeug
Quelle: Paul Scherrer Institut Villigen PSI Schweiz
Challenge Bibendium 2004 - Dieser weltgrösste Wettbewerb für
zukunftsweisende Antriebskonzepte fand dieses Jahr in China statt. Auf der
neuen Formel-1-Rennstrecke in Shanghai.
Das vom PSI und Michelin gemeinsam entwickelte Fahrzeug erreichte in
verschiedenen Disziplinen Spitzenklassierungen.
Das PSI und Michelin haben ein alltagtaugliches Fortbewegungsmittel in
Leichtbauweise geschaffen, welches mit Wasserstoff und Brennstoffzellen
betrieben wird. Das Fahrzeug bietet 4 Personen Platz, verfügt über eine
Reichweite von 400 Kilometern und erreicht eine Spitzengeschwindigkeit von 130
Stundenkilometern. Die Beschleunigung von 0 auf 100 beträgt
12 Sekunden.
Eckdaten eines üblichen Kleinwagens, allerdings gepaart mit einem
Vergleichsverbrauch von lediglich 2 Litern Treibstoff.
Brennstoffzellenfahrzeug mit Wasserstofftankstelle
Bereits 2001 realisierte die Firma ESORO das voll funktionsfähige
Brennstoffzellenfahrzeug HyCar
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Ueber eine sehr grosse Erfahrung mit wasserstoffbetriebenen Ottomotoren
verfügt BMW. Seit 1979 werden mit Flüssigwasserstoff betankte Fahrzeuge
versuchsweise eingesetzt.
BMW will bis 2007/8 auf Basis der aktuellen 7er-Reihe eine erste
Serienlimousine anbieten, deren bivalenter Motor sowohl Benzin wie
Wasserstoff in Leistung umsetzt.
Die A-Klasse von Mercedes ist von Beginn an für den Einsatz mit
Brennstoffzelle vorbereitet worden.
Kaum ein anderes Fahrzeug hat einen doppelten Boden (Sandwitch-Bauweise)
dieser Ausprägung. Im Motorraum ist der Verbrennungsmotor einem wesentlich
kleinere Elektromotor tief unten am Achsantrieb gewichen, dessen Übersetzung
zu den Antriebsrädern stehts gleich bleibt. Im Fahrzeugboden befindet sich
zudem ein umfangreiches Systemmodul zur Steuerung der
hydraulisch/pneumatischen und elektrischen Vorgänge.
Jeep
Commander
1999 mit Brennstoffzellenantrieb
Der Jeep Commander produziert den für die Brennstoffzellen
benötigten Wasserstoff an Bord aus Benzin. Diese Technologie nutzt
den Vorteil der existierenden Tankstellen-Infrastruktur und ist
gleichzeitig sehr viel umweltfreundlicher als herkömmliche
benzinbetriebene Motoren.
Die Nutzung von Benzin zur Gewinnung von Elektrizität ist ein
schwieriger Vorgang, der von DaimlerChrysler-Ingenieuren, die an der
Entwicklung benzinbetriebener Brennstoffzellen arbeiten, noch immer
verbessert wird. Dem Benzin wird Wasserstoff entzogen, der wiederum
mit Sauerstoff vermischt wird, um Elektrizität und Wasser zu
erzeugen. Die Hauptemission besteht aus Wasser. Dadurch ist der
Wagen grundsätzlich emissionsfrei.
Als das weltweit einzige Elektrofahrzeug mit Vierradantrieb bietet
der Jeep Commander eine um 50 Prozent höhere Kraftstoffausnutzung
und um 90 Prozent niedrigere Emissionswerte als das sauberste
herkömmliche Verbrennungstriebwerk, das es zur Zeit gibt.
Der Brennstoffzellenantriebsstrang des Commander ist 450 kg schwerer
als der bei üblichen Geländewagen und ist von einem leichten,
spritzgegossenen Plastikmantel umschlossen. Der Plastikmantel ist zu
fast 100 Prozent wiederverwertbar.
Jeep Commander 2001
Der Commander 2 kopiert zwar Form und Design des ersten Commanders,
das Fahrzeug wird jedoch von einem komplett überarbeiteten
Brennstoffzellensystem angetrieben. Die Brennstoffzelle ist jetzt
mit zwei Elektromotoren an Vorder- und Hinterachse sowie mit
hochmodernen Batterien zu einem
Hybrid-Elektro-Brennstoffzellenantrieb kombiniert, der einen
weiteren Fortschritt in der Entwicklung extrem schadstoffarmer und
sparsamer Transportmittel markiert. Der Commander 2 produziert
nahezu keine Auspuffabgase und senkt den durchschnittlichen
Kraftstoffverbrauch (Benzin-Äquivalent) um bis zu 20 Liter pro 100
km.
Um das zusätzliche Gewicht und die Mehrkosten des
Brennstoffzellensystems zu kompensieren, verwendeten die
Jeep-Designer DaimlerChrysler's einzigartige Spritzgußtechnologie
für thermoplastische Karosserien und demonstrierten damit mögliche
Gewichtseinsparungen durch Spritzgusskunststoff.
International scheint Energie-Wasserstoff
endgültig im Blickpunkt der grossen Politik zu stehen. Progressiv gibt sich
in erster Linie Japan - und wider Erwarten auch Amerika. Kaliforniens
Gouverneur Schwarzenegger unterstützt bei jeder Gelegenheit den
Wasserstoff-Highway, ein Netz von mittlerweile 200 Bezugsstellen für
Wasserstoff.
Er ließ einen seiner
Hummer-Geländewagen von General Motors auf Wasserstoffantrieb umrüsten.
Schwarzenegger setzt damit beste Westküsten-Tradition fort. Denn nirgends
auf der Welt sind die Abgasbestimmungen so streng wie in dem amerikanischen
Sonnenstaat. Und dies trotz großer Limousinen und Geländewagen. Bereits in
den 60er Jahren setzte die kalifornische Bundesregierung Standards, welche
die Normen aus Washington übertrafen.
Hummer H1 Fahrzeug auf H2- BZ-Antrieb umgerüstet
Jetzt hat Kalifornien erneut Richtlinien per Gesetz verabschiedet - und
könnte diesmal mehr Einfluss auf die Autoindustrie nehmen als je zuvor. Der
sogenannte "Erste nationale Emissionsstandard für Autos" gilt ab 1. Januar
2006. Er weist weit in die Zukunft und fordert für alle neuen Autos, die ab
2012 in Kalifornien zugelassen werden, dass die Abgasgrenzwerte um 23
Prozent und ab 2016 sogar um 30 Prozent tiefer liegen müssen als die
heutigen Werte.
Welches Konzept sich letztendlich durchsetzt ist nicht das
Entscheidende. Fest steht jedoch, dass zukünftige ZEV (Zero
Emission Vehicle) nur durch erhebliche Maßnahmen in
der Umweltpolitik und dem Aufbau einer geeigneten Infrastruktur eine
Chance zur Großserienproduktion erhalten.
Bis sich aber die neuen Produkte global durchgesetzt und bewährt haben,
dürften 10 - 20 Jahre vergehen.
Weiter Infos finden Sie auf den Seiten des
Paul
Scherrer Instituts sowie auf den Seiten des
Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverbandes
Aktuelle
Fachpublikationen, in Englisch
Hydrogen & Fuel Cell Letter
Informationen über die Herstellung von
Wasserstoff, die Reinigung sowie die Speicherung
Hydrogeit
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