Wasserstoff: Technologien und Anwendungsgebiete
Anknüpfend an unseren letzten Beitrag zum Ausbau des Wasserstoffnetzes in Deutschland, werfen wir dieses Mal einen Blick auf die Technologien und Anwendungsfelder für Wasserstoff. Wie schon berichtet, soll die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung dabei helfen, "grünen Wasserstoff marktfähig zu machen und seine industrielle Produktion, Transportfähigkeit und Nutzbarkeit ermöglichen". Konkret erörtern wir in diesem Artikel den Stand der Wasserstofftechnologien im Bereich:
- Brennstoffzellen
- Heizgeräte Worcester von Bosch und
- Ammoniak als Transportmedium
Inhalt:
Wasserstoff Brennstoffzellen-Technologien
Der Brennstoffzellenantrieb für Schwer- und Fernlaster
Grüne Wasserstofftechnologien für die Luftfahrt
Wasserstoff für die Schifffahrt
Wasserstofftechnologien für die Industrie
Die Wasserstoff-Heizkessel Worcester von Bosch
Fazit: Unternehmen und Forschungsinstitute bündeln ihre Kräfte für die Klimaneutralität
In eigener Sache: Unser Blog macht Sommerpause
Wasserstoff Brennstoffzellen-Technologien
Um eine klimaneutrale Mobilitätswende zu etablieren, müssen insbesondere im Schwerlastverkehr sowie im Flug- und Schiffsverkehr regenerative Kraftstoffe zum Einsatz kommen. Um die Grundlagen dafür zu schaffen, wird in Deutschland an vielen verschiedenen Projekten gearbeitet. So forschen unter anderem im Rahmen des Nationalen Aktionsplans H2GO Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von insgesamt 19 Fraunhofer-Instituten daran, die Voraussetzungen zu schaffen, um Brennstoffzellen wirtschaftlich und in Großserienproduktion herstellen zu können. Zum Einsatz sollen diese vor allem im straßengebundenen Schwerlastverkehr.
Der Brennstoffzellenantrieb für Schwer- und Fernlaster
Mittels einer Brennstoffzelle kann direkt an Bord eines Fahrzeugs Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft in Wasser und Strom aufgespalten werden. Während das Wasser über den Auspuff austritt, treibt der Strom einen Elektromotor an. Im Gegensatz zu batteriebetriebenen E-Fahrzeugen, verspricht der Antrieb mit Wasserbrennstoffzellen eine viel größere Reichweite bei vergleichbaren Tankzeiten. Brennstoffzellenelektrische Fahrzeuge (FCEVs oder Fuel Cell Electric Vehicles) dürften also in Zukunft eine wichtige Rolle im CO2-neutralen Fern- und Schwerverkehr übernehmen, da ähnliche Gewichtsladungen wie bei fossilen Antriebstechnologien möglich sind.
Grüne Wasserstofftechnologien für die Luftfahrt
Für rund 2,5 Prozent des weltweit verursachten CO2-Ausstoßes ist die Luftfahrt verantwortlich. Damit ist sie geradezu prädestiniert, Grünen Wasserstoff für einen emissionsfreien und elektrisch betriebenen Flugbetrieb zu nutzen, um das Fliegen klimaverträglicher zu gestalten. Wie das gelingen kann, zeigt unter anderem das vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) geförderte Forschungsprojekt H2Sky, das einen verstärkten Einsatz von Wasserstoffsystemen, sogenannten Wasserstoff-Brennstoffzellen-Stacks, zum Ziel hat.
Obwohl die Anforderungen für Brennstoffzellenstapel in der Luftfahrt verglichen mit straßengebundenen Anwendungen deutlich höher sind, hat das Unternehmen Airbus bereits im Herbst 2020 das Ziel verkündet, schon bald wasserstoffbetriebene Passagierflugzeuge entwickeln und produzieren zu wollen.
Wasserstoff für die Schifffahrt
Auch für die Seeschifffahrt fördert das BMDV die Entwicklung einer leistungsstarken Brennstoffzellengroßanlage. Denn mit klimafreundlichen Wasserstoff Technologien können sowohl Kraftstoffverbräuche als auch Emissionen im Bereich der Schifffahrt deutlich reduziert werden. Im Praxisbetrieb soll ein solches Brennstoffzellensystem zunächst an Bord eines Kreuzfahrtschiffs erprobt werden. Im Rahmen des BMDV-geförderten Projektes "HyCruisE" soll zukünftig eine im Megawatt-Bereich hochskalierte Brennstoffzellengroßanlage aufgebaut und erprobt werden.
Wasserstofftechnologien für die Industrie
Der Aktionsplan H2GO hat auch die Industrie im Blickfeld, um diese mit einer ökonomisch nachhaltigen Brennstoffzellen-Produktion zu verbinden. Dafür wurde ein eigenes Rahmenwerk entwickelt, das u. a. die Produktionsgrundlagen in Form verschiedener Module enthält. Unternehmen sind eingeladen an den bereitgestellten Informationen teilzuhaben und damit ihre eigenen Produktionselemente zu entwickeln. Um den Übergang zu einer Brennstoffzellen-Produktion zu erleichtern, steht Unternehmen ein umfangreiches Angebotspaket zur Verfügung, das von einer ersten Analyse bis hin zur Seriengroßproduktion reicht.
Die Wasserstoff-Heizkessel Worcester von Bosch
Da der Prototyp des Wasserstoff-Boilers am Unternehmensstandort Worcester vorgestellt wurde, laufen sie unter der Bezeichnung "Heizgeräte Worcester". Mit den "Hydrogen Ready Zero-Carbon" Heizkesseln von Bosch Thermotechnik kann grüner Wasserstoff auch für die künftige Wärmeversorgung in privaten und öffentlichen Gebäuden eingesetzt werden. Weitere Prototypen des "H2 Ready-Heizkessels mit 30 kW Nennwärmeleistung werden bereits seit 2017 an den unternehmenseigenen Prüfständen betrieben.
Mit der Bosch Wasserstofftechnologie können Heizkessel bei einer flächendeckenden Netzumstellung einfach von aktuell genutztem Erdgas auf 100 Prozent grüne Wasserstoffnutzung umgestellt werden. Bis es so weit ist, können die Wasserstoff-Heizkessel zunächst mit herkömmlichem Erdgas oder einer Wasserstoff-Beimischung von bis zu 20 Prozent betrieben werden.
Ammoniak als Transportmedium
Bislang wird das stechend riechende Gas Ammoniak (NH3) hauptsächlich zur Düngerproduktion sowie zur Produktion von Kunststoffen eingesetzt. In Deutschland werden jährlich rund 3 Millionen Tonnen konventionelles Ammoniak hergestellt. Dadurch fallen circa 6 Tonnen CO2-Emissionen an. Alternativ kann Grünes Ammoniak mittels des sogenannten Haber-Bosch-Verfahrens hergestellt werden. Bei der Synthese von Grünem Wasserstoff und Stickstoff entstehen keine CO2-Emissionen, sodass Grünes Ammoniak ebenfalls einen Beitrag zu einer CO2-neutralen Energieversorgung liefern kann.
Der größte Vorteil bei der Produktion von Grünem Ammoniak ist der Rohstoff Stickstoff, der mit 78 Prozent den Hauptbestandteil unserer Luft bildet und überall verfügbar ist. Zwei weitere Vorteile gegenüber Wasserstoff liegen in der einfacheren Speicherung und Energiedichte, was Ammoniak für viele Anwendungsgebiete effizienter und kostengünstiger macht.
Ammoniak für die Schifffahrt
Expertenmeinungen zufolge könnten Ammoniak Brennstoffzellen eine wirtschaftlichere Alternative zu Wasserstoff in der Schifffahrt darstellen. Zudem könnte Ammoniak auch als Kraftstoff in herkömmlichen Viertakt-Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Aktuell forscht ein Wissenschaftsteam des Fraunhofer-Instituts gemeinsam mit13 weiteren Partnern im Rahmen des Projektes ShipFC, um die weltweit erste Ammoniak-Brennstoffzelle für Schiffe zu entwickeln.
Fazit: Unternehmen und Forschungsinstitute bündeln ihre Kräfte für die Klimaneutralität
Um die Transformation hin zu einer klimaneutralen Wasserstoffwirtschaft voranzubringen, werden in Deutschland und darüber hinaus vielfältige Kooperationen von Unternehmen unterschiedlicher Branchen unter Einbindung von Forschungsinstituten und Hochschulen geschlossen. Nur gemeinsam kann es gelingen, Wasserstoff als Ersatz für fossile Energieträger in der Energieversorgung von Gebäuden, in der Mobilität sowie in der Industrie großflächig einzusetzen.
In eigener Sache: Unser Blog macht Sommerpause
Im August pausieren wir unsere Blogbeiträge, um im September mit neuer Energie sowie neuen Energie- und Technologie-Themen wieder für Sie da zu sein.
Sie haben noch Fragen zum aktuellen Stand der Wasserstoffforschung oder den Wasserstoff Anwendungsfeldern? Auch wenn Sie mehr über die Mitgliedschaft in der Energiegemeinschaft erfahren möchten, freuen wir uns, Ihnen weiterhelfen zu können.