H2 als Kraftstoff
Eigenschaften
Herstellung
Reinigung
Speicherung
Betankung
H2-Motor
Vergleich
Ausblick
Ergebnisse
Literatur
Ausblicke
Die weitere Entwicklung
Eine Abschätzung über
die Richtung und die Geschwindigkeit des Fortganges der Energiepolitik
ist schwierig, da viele Entscheidungsträger mit unterschiedlichen
Interessen an diesem Prozess beteiligt sind.
Das Bundesministerium für
Bildung, Forschung, Wissenschaft und Technologie z.B. fördert zwar
ein PEM-Projekt, bei dem Komponentenhersteller, Brennstoffzellenproduzenten,
Automobilindustrie und wissenschaftliche Institute zusammenarbeiten, aber
ob und in welchem Ausmass Brennstoffzellen künftig ein Platz
eingeräumt wird, darüber gibt es keine eindeutigen Aussagen.
Nach Meinung der Bundesregierung
unter Bundeskanzler Kohl hat sich in den letzten Jahren die Mehrzahl deutscher
Unternehmen aus der Entwicklung von neuen Wasserstofftechniken zurückgezogen,
nicht zuletzt mangels Marktperspektiven.
Tab. 14:
Projektmittel in Mio. DM
zur Förderung der Wasserstofftechnologie (ohne Brennstoffzelle)
1995 1996 1997
6,020 4,386 2,552
Quelle: Bundesregierung,
Zukunft der Wasserstoff-Technologie, Drucksache 13/11207, 24.6.1998
Membranbrennstoffzellen (PEM)
bieten sich als die geeignetste Wandlungstechnologie an, Wasserstoff mit
hohem Wirkungsgrad und bei niedrigen Betriebstemperaturen vollständig
emissionsfrei in Antriebsenergie umzuwandeln. PEM ist der geeignete Brennstoffzellenantrieb
für Busse, Nahverkehrszüge, Strassen- und Stadtbahnen, Lkws,
Service- und Komunalfahrzeuge und auch Pkw im städtischen und stadtnahen
Raum. Sie bieten insbesondere im städtischen Fahrprofil bis zu doppelt
so hohe Wirkungsgrade wie Dieselmotoren und eröffnen damit die Chance:
· erneuerbare
Energien in den Verkehrssektor effizient einzubringen.
· deutlich
bessere Leistungsdichten und Reichweiten als Batterieantriebe zu erreichen.
· Nullemissionsfahrzeuge
zu realisieren, ohne die Nachteile von oberleitungsgeführten Systemen
in Kauf nehmen zu müssen.
[Wurster, 1997a]
Obwohl in der industriellen
und verkehrstechnischen Anwendung Wasserstoff zuerst einmal gasförmig
benötigt wird bzw. eingesetzt werden kann, wird es erforderlich werden,
Wasserstoff in flüssiger Form zu transportieren. Wenn H2 langfristig
seinen Weg in den Verkehrssektor (Flugzeuge, Eisenbahn, Schiffahrt, Landfahrzeuge)
finden soll, dann ist wegen der erforderlichen Reichweiten (Lkw, Bahn)
oder der Massebeschränkungen (Luftfahrt) absehbar, dass dies
in flüssiger Form als LH2 erfolgen muss. [Wurster, 1997b]
Mit flüssigem Wasserstoff
als Kryokraftstoff kann der Gemischbildungsprozess und damit der motorische
Betrieb gegenüber dem Gasbetrieb bei Umgebungstemperatur erheblich
verbessert werden. In Bezug auf die Reichweite je Tankfüllung und
die massenbezogene gespeicherte Energiemenge kommt der Wasserstoffmotor
dem mit konventionellen Kraftstoffen erzielten Standard nahe.
Mitte Februar 1998 wurde
eine "Studie zur globalen Entwicklung von Wissenschaft und Technik" veröffentlicht,
in der über 2.000 Experten zu den grossen Innovationstendenzen
der nächsten 20 Jahre befragt werden.
Hier einige der Prophezeiungen
der Experten:
· 2007:
Kraftfahrzeuge mit 30% geringerem Benzinverbrauch sind weltweit verbreitet.
90% der Teile und Materialien von Autos können recycelt oder wiederverwendet
werden.
· 2012:
Fortschritte in der Kraftfahrzeugtechnik ermöglichen es, den Schadstoffausstoss
der Autos soweit zu verringern, dass die Ozon-Spitzenwerte gegenüber
1990 um 70% zurückgehen.
· 2016:
Das erste Zwei-Liter-Serienauto.
· 2023:
Autos mit wasserstoffgetriebenen Ottomotoren werden verbreitet sein.
[Altmann, 1998]
Aller Voraussicht nach wird
es noch etwas dauern, bis eine umfassende Wasserstoff-Wirtschaft Realität
wird. So hat z.B. allein die flächendeckende Einführung von Zapfsäulen
für bleifreies Benzin in Europa rund sieben Jahre gedauert.
Amerika
Einen guten Ausblick auf
einen möglichen Fortgang der Forschungsarbeiten liefert die Betrachtung
der Verhältnisse auf der anderen Seite des Atlantiks. In den USA heisst
es, so wie der Computer und die Telekommunikation die Dezentralisierung
und Dematerialisierung im Informationenswesen vorangetrieben haben, verspricht
die Brennstoffzelle die Energiekonsumenten unabhängig zu machen von
zentralen Stromgeneratoren - man sagt:
"Energie will frei sein (Energy
wants to be free)."
Das einzige, was fehlt, um
dies umzusetzen, ist die öffentliche Unterstützung. Die US Regierung
hat hunderte Millionen von Dollar in die Brennstoffzellenforschung und
-entwicklung über mehrere Jahre investiert. Aber in den letzten Jahren,
in denen diese Investitionen Ergebnisse hervorbringen, herrscht die Auffassung,
Brennstoffzellen
repräsentierten eine stagnierende Technologie.
Wasserstoff-Haus
Zum Ende der Betrachtung
und als Ausblick für eine mögliche Zukunft soll das "Wasserstoff-Haus"
beschrieben werden, auch, wenn dieses Beispiel nicht direkt zum Thema gehört.
Die Realisierung von der
"solaren Wasserstoffwirtschaft" liegt noch in weiter Ferne. Es existieren
jedoch bereits Projekte wie z.B. die "Wasserstoff-Häuser", in denen
die gesamte Energieversorgung auf Wasserstoff aufgebaut ist. Ein Beispielhaus
sieht etwa folgendermassen aus:
Der Strom für Licht
und Haushaltgeräte wird durch die Reaktion des Wasserstoffs mit Sauerstoff
bzw. Luft in Brennstoffzellen erzeugt, die in der Energiekammer des Hauses
stehen. Das zweite Reaktionsprodukt ist reines Wasser in einer Menge, die
den Trinkwasserbedarf der Bewohner deckt. Über einen Wasserstoff-Anschluss
in der Garage kann nachts der Speicher des Autos aufgetankt werden.
Die Anlieferung des Wasserstoffs
in flüssiger Form geschieht durch wärmeisolierte Leitungen oder
per Kühlwagen, wobei der Flüssig-Wasserstoff im Haus oder unter
dem Garten in isolierten Behältern gespeichert und erst vor dem Gebrauch
verdampft wird.
Der Wasserstoff gelangt
als Gas zum Herd und zum Heizkessel. Zur Verbrennung notwendige Flammenbrenner
entsprechen üblichen Gasbrennern mit nur geringfügigen Abänderungen.
Auf diese Art und Weise ist
es möglich, völlig autark zu leben. Solarzellen auf dem Dach,
ein Windrad oder ein Klein-Wasserkraftwerk erzeugen Strom, der teils direkt
verwendet wird oder zur Gewinnung von Wasserstoff in eine Elektrolyse-Anlage
geleitet wird. Anfallender Sauerstoff kann als Oxidationsmittel in der
hauseigenen Kläranlage dienen.
Beispiele:
1. Amerikaner R. E. Billings,
1979, Independence/Missouri für Auto, Traktor und Selbstversorgerhaus
mit Kleinwasserkraftwerk und Wärmepumpe
2. Härnösand/Nordschweden,
Ingenieur Olof Tegström, Demonstrationsprojekt WELGAS
[Weber, 1988]
zu 2):
Das Wasserstoff-Demonstrationsprojekt
WELGAS, durchgeführt von Olof Tegstroem in den Jahren 1985 und 1986,
beinhaltet die Energieversorgung eines Einfamilienhauses mit einem Windgenerator.
Dieser Strom wird auch zum Heizen verwendet. Ein Elektrolyseur wandelt
einen Teil des Windstroms in Wasserstoff um, der auch in einem auf Wasserstoffbetrieb
umgerüsteten Pkw genutzt wird. Das Projekt wurde international gesponsort
und erhielt verschiedenste Auszeichnungen. [Altmann, 1996]
Bei diesem hier veröffentlichten Text handelt es sich um eine gekürzte Zusammenfassung der Studienarbeit von Dipl.-Ing. Sven Geitmann über Wasserstoff und Brennstoffzellen aus dem
Jahr 1998, allerdings ohne die dazugehörigen Abbildungen. Weiterführende, aktuellere Daten (inklusive der Abbildungen) finden Sie im Buch.