HYDROGEIT - Der Wasserstoff-Guide

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Hintergrundbild Wasserstoff-Projekt

Neunburg vorm Wald/Oberpfalz
In der Oberpfalz gibt es jetzt seit Jahren eine umfassende Projektanlage, die gleichzeitig mehrere alternative Verfahren testet. Es wird mit einem Gesamtbudget von 145 Mio. DM gefördert vom Bund (mit 35% vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technik und mit 15% vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft, Verkehr und Technologie). Es kommen in erster Linie Prototypen und Neuentwicklungen zum Einsatz. Die Vielzahl der Teilsystem in ihrem Zusammenwirken macht diese Anlage weltweit einzigartig.
Eigens dafür wurde eine spezielle Gesellschaft gegründet: die "Solar-Wasserstoff-Bayern GmbH" (SWB), an der die Bayernwerk (70%), BMW (10%), Linde (10%) und Siemens (10%) beteiligt sind.
Ziel dieses Projektes ist die Sammlung praktischer Erfahrungen über die im Labor erlangten Erkenntnisse hinaus, um neue Anstösse zur Weiterentwicklung zu erhalten. übergeordnete Zielsetzung des Solar-Wasserstoff-Projekts ist die Erprobung wichtiger Techniken eines solaren Wasserstoffkreislaufs im industriellen Demonstrationsmassstab. Unterschiedliche Technologien sollen verglichen und im Zusammenwirken mit anderen Anlagenteilsystemen getestet werden. Für die SWB und deren Gesellschafter stand die Gewinnung von Know-how für Planung, Errichtung und Betrieb entsprechender Anlagen im Vordergrund. Ein weiteres Ziel ist eine qualifizierte und realistische Öffentlichkeitsarbeit mit Informationen aus erster Hand.

Das Projekt:
· Projektüberlegungen seit 1985
· Gründung der Solar-Wasserstoff Bayern GmbH (SWB) 1986
· Projektlaufzeit: 1987-1999
· seit 1992 in Phase 2: neue Komponenten ergänzen konsequent die bestehende Anlage mit neu- bzw. weiterentwickelten Anlagenteilsystemen.

Die Systeme der Phase 1 werden für Langzeiterfahrungen weiterbetrieben.
Ein Testgebiet ist die Gaserzeugung. Ein alkalischer Niederdruckelektrolyseur (Nennleistung 111 kWel) arbeitet mit Kalilauge als Elektrolyt und Polysulfondiaphragma. Er erzeugt maximal 24 Nm3/h Wasserstoff mit einer Reinheit von etwa 99,8 Vol%. Für die Speicherung ist die Verdichtung und Aufbereitung der Gase notwendig. Separate Kompressoren verdichten Wasserstoff und Sauerstoff des drucklos arbeitenden alkalischen Elektrolyseurs auf einen Speicherdruck von bis zu 30 bar.
Im Druckelektrolyseur (Nennleistung 100 kWel) bilden die Elektroden und das oxidkeramisches Diaphragma eine Einheit. Der Zellblock arbeitet in einem Druckbehälter bei 32 bar. Dadurch ist eine Kompression für die Speicherung nicht mehr nötig. Er erzeugt maximal 25 Nm3/h Wasserstoff mit einer Reinheit von etwa 99,5 Vol%.
Der Wasserstoff wird in zwei Wasserstoffbehältern von je 5000 Nm3 bei einem Arbeitsdruck von 30 bar gespeichert. Der Gesamtinhalt der beiden Tanks entspricht dem von rund 1500 l Heizöl. Der Sauerstoffbehälter fasst 500 Nm3. Für die Wartung (z.B. Spülen von gasführenden Anlagenteilen) steht noch ein Tank mit flüssigem Stickstoff zur Verfügung.
Die phosphorsaure Brennstoffzellenanlage (max. Leistung: 79 kWel/42 kWth) ist die einzige ihrer Art, die in Europa in Betrieb ist. Neben der Stromerzeugung ermöglicht sie eine Wärmeauskopplung bei 165°C. Sie kann mit Wasserstoff und Erdgas betrieben werden. Der Brennwert-Gasheizkessel (Leistung 20 kWth) ist ein modifizierter Standardkessel. Der neuentwickelte Brenner im katalytischen Heizgerät (Leistung 10 kWth) besitzt eine externe Vormischung von Brenngas und Luft. Er besteht aus einem Aluminium/Siliziumoxid-Hohlzylinder. Eine katalytisch beheizte Absorptionskälteanlage (Kälteleistung 17 kWth) speist in den Kühlwasserkreislauf der Anlage ein. Die Verbrennung bei niedrigem Temperaturniveau (ca. 800°C) ist die Ursache des sehr geringen Stickoxidgehalts im Abgas.
Weitere Nebensysteme sind z.B. die Lüftung, Leittechnik und eine Analysestation.
In diesem Projekt gibt es noch Teilprojekte wie den von einer Brennstoffzelle angetriebenen Gabelstapler. Eine PEM-Brennstoffzellenanlage (Leistung 10 kWel) treibt einen Serien-Elektrogabelstapler an. Die Wasserstoffspeicherung erfolgt in einem Hybridspeicher, der für ca. acht Stunden Betrieb (20 Nm3 Wasserstoff) ausgelegt ist. Der Oxidant ist Luft.
Ausserdem gibt es das Teilprojekt des wasserstoffbetriebenen BMWs. Die Betankung dieses Fahrzeuges (BMW 735i) mit flüssigem Wasserstoff (LH2, -250°C bei Umgebungsdruck) aus dem 3000 l Standardtank erfolgt in ca. 4 Minuten. Eine Tankfüllung von 140 l LH2 (entspricht 40 l Benzin) ermöglicht eine Reichweite von ca. 400 km.
Die "Robottankstelle" ist ausgerüstet mit moderner Sensoren-, Scanner-, und Computertechnik. Dies ist notwendig, da laut BMW Roboter unerlässlich sind zum Tanken von Wasserstoff.

Ergebnisse:
· Weitere umfangreiche Entwicklungsarbeiten bei den Systemen und der Infrastruktur sind noch erforderlich.
· Die Komplexität einzelner Teilsysteme erfordert eine individuelle Planung derartiger Anlagen.
· Aus Sicherheits- und Kostengründen sind Erzeugungs- und Speicheranlagen bevorzugt zentralisiert zu errichten.
· Die Teilsysteme sollten aus Betriebs- und Sicherheitsgründen im Freien betrieben werden.
· Der Betrieb erfordert umfangreiche Sicherheitstechnik und geschultes Personal.
· Die Öffentlichkeit hat ein grosses Interesse an Informationen über den Energieträger Wasserstoff (jährlich 15000 Besucher).
· Eine wettbewerbsfähige Serienreife des BMW ist noch nicht gegeben.

Mit den Versuchsergebnissen wurde die LH2-Tankstelle gegenüber der Ausgangssituation im April 1991 so weit optimiert, dass die Zeit für einen kompletten Betankungsvorgang von anfangs über 60 min auf zunächst noch ca. 15 min verkürzt und die während dieses Vorgangs entstehenden Verdampfungsverluste von 30% auf weniger als 10% der übertragenen LH2-Menge gesenkt werden könnten. Eine weitere Verbesserung auf unter 9 min wurde erstmals im Oktober 1994 - seit September 1995 ca. 5 min - mittels neu entwickelter kaltziebbarer Kupplungssysteme erreicht. Folgebetankungen sind innerhalb von 3 min möglich.

Erkenntnisse der Betreiber:
Eine auf Wasserstoff als Energieträger basierende Energiewirtschaft kann nur nach einem erheblichen Ausbau regenerativer Stromerzeugung beginnen.

Kosten:
Studien geben die Kosten für Photovoltaikstrom derzeit mit etwa 2,- DM/kWh an. Der damit gewonnene Wasserstoff würde im günstigsten Fall rund 3,- DM/kWh kosten. Realistisch erscheint eine Halbierung der Photovoltaikkosten in 10-20 Jahren. Dann wäre ein Wasserstoffpreisniveau erreicht, das einem Heizölpreis von 15,- DM/l entspricht.
 


 

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