Kompetenzen für das Wasserstoff-Zeitalter

Verkehr ohne fossile Treibstoffe

Die Mobilität soll langfristig ohne fossile Kraftstoffe auskommen. Ein bereits stark verfolgter Ansatz dazu ist die Elektromobilität. Wasserstoffantriebe können diese Technologie sinnvoll ergänzen. Dabei wird der Wasserstoff entweder direkt in Verbrennungsmotoren eingesetzt oder über eine Brennstoffzelle rückverstromt. Wasserstoffautos bieten gegenüber den Elektrofahrzeugen einige Vorteile: Ihre Reichweite ist mit 400 bis 750 Kilometern größer als jene derzeitiger Elektroautos, und der Tankvorgang nimmt nur drei bis fünf Minuten in Anspruch. Aktuell umfasst das Wasserstofftankstellennetz in Deutschland bereits über 75 Tankstellen, 28 weitere sind im Entstehen

Mobilitätsstrategie und entsprechende Infrastruktur sind gefragt

Solare Wasserstofftankstelle
© Fraunhofer ISE
Solare Wasserstofftankstelle

Wie Wasserstoff zur Defossilisierung beitragen kann, hat das Fraunhofer ISI für das Umweltbundesamt in der »Roadmap Gas« untersucht. Das Ergebnis: Wasserstoff spielt vor allem dort eine zentrale Rolle, wo sich elektrische Energie schlecht direkt nutzen lässt. Das gilt neben der Stahlindustrie und der chemischen Industrie vor allem im Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr. Ein ähnliches Ergebnis lieferte eine Studie, die das Fraunhofer ISE im Auftrag von H2Mobility durchgeführt hat, in der die CO2-Emissionen von batteriebetriebenen Diesel- und Wasserstoff­fahrzeugen verglichen wurden. Fazit: Bei geringen Reichweiten und reinen Stadtfahrten punkten die Batteriefahrzeuge. Übersteigen die Reichweiten dagegen 250 bis 300 Kilometer, sind Wasserstoff-Fahrzeuge überlegen.

Sollen sich Wasserstofffahrzeuge langfristig durchsetzen, braucht es dafür die entsprechende Infrastruktur. Auch hier bringen Fraunhofer-Experten ihre Kompetenz ein. So hat beispielsweise das Fraunhofer IPA gemeinsam mit der Daimler AG, BMW AG und Aral AG bereits in den 90er-Jahren einen Tankroboter u.a. für die Wasserstoffbetankung entwickelt, der das Fahrzeug automatisch betankt. Das Fraunhofer ISE befasst sich mit der Frage, wie sich Wasserstoff transportieren lässt – ohne hohen Druck oder tiefe Temperaturen. Zusammen mit Partnern werden am Fraunhofer ISE Verfahren entwickelt, wie Wasserstoff z.B. in sogenannten Liquid Organic Hydrogen Carriern (LOHC) in flüssiger Form einfacher transportiert und sicher gelagert werden kann.

Wasserstoff als direkter und indirekter Kraftstoff

Wird Wasserstoff direkt als Kraftstoff in Brennstoffzellen-Fahrzeugen eingesetzt, stehen Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit ganz oben auf der Agenda. Im Projekt Eco-CC (gefördert vom Land Sachsen) entwickeln Fraunhofer IWU und Partner ein wirtschaftliches und zuverlässiges Mess- und Regelungskonzept – so können die optimalen Betriebsparameter schnell und genau erreicht werden. Die Forscherinnen und Forscher optimieren das Lastmanagement auf die Brennstoffzelle und verbessern die Wirtschaftlichkeit, Effizienz und Lebensdauer der Systeme.

Eine Alternative zu Brennstoffzellen-Fahrzeugen liegt darin, aus dem gasförmigen Wasserstoff über Methanol als Plattformchemikalie synthetische, flüssige Kraftstoffe herzustellen. Sie verbrennen schadstoffarm und weisen in der Well-to-Wheel-Bilanz bis zu 90 Prozent weniger Treibhausgasemissionen als fossile Kraftstoffe auf. Solche Oxymethylenether (OME) lassen sich ähnlich wie Ethanol beim Benzin direkt als Blendkomponente im Dieselkraftstoff verwenden. Sinnvoll ist ein solches Power-to-Liquid-Verfahren vor allem dort, wo sich Wasserstoff nicht für das Antriebssystem verwenden lässt, etwa im Schiffs- und Flugverkehr. Das Fraunhofer ISE bildet damit die gesamte Wertschöpfungskette der OME-Herstellung ab, für die nötige Prozesstechnik werden Anlagen bis zum Pilotmaßstab aufgebaut, die in Zusammenarbeit mit der Industrie z.B. im BMBF-geförderten NAMOSYN-Projekt hochskaliert werden.

Wasserstoff kann auch als umweltfreundlicher Schiffsantrieb mit geschlossenem CO2-Kreislauf genutzt werden. Das Fraunhofer IKTS ist Partner im EU-Projekt HyMethShip, das auf innovative Weise einen Membranreaktor, ein CO2-Abscheidungssystem, ein Speichersystem für CO2 und Methanol sowie einen mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor vereint.

Über den Wolken: Sicherer Wasserstoff in der Luftfahrt

Wasserstoff lässt sich in der Luftfahrt keineswegs nur als Ausgangsstoff für synthetisches Kerosin nutzen. Auch eine direkte Anwendung kommt infrage, wie beispielsweise das Forschungsprojekt DIANA zeigt. Gemeinsam mit der Diehl Aerospace GmbH und der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt DLR entwickelt das Fraunhofer IMM mit Förderung durch das BMBF einen mobilen Energieerzeuger für Passagierflugzeuge – und zwar in Form eines Trolleys. In diesem steckt eine Brennstoffzelle, die mithilfe des aus Propylenglykol vor Ort gewonnenen Wasserstoffs Strom für die Bordküche erzeugt.