Brennstoffzellen- Autos, Züge und
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| Thesen und Argumente, Fakten & Zahlen für die Diskussion im Schulunterricht Ein kritischer Blick auf die aktuelle Klimapolitik in Deutschland |
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Thema E-Mobilität und Klimaschutz Update Mai 2021 Bislang sind Brennstoffzellen für Autos, die mit Wasserstoff angetrie- ben werden, recht teuer. Dies möchte aber der französische Hersteller Michelin, der nach eigenen Angaben bereits seit mehr als 15 Jahren an der Brennstoffzellentechnologie“ arbeitet, jetzt ändern. Um das zu erreichen, baut Michelin jetzt ein großes Werk in Europa und verspricht, dass die Kosten der Zellen durch die großen Stückzahlen drastisch gesenkt werden. Michelin ist bislang wohl besser bekannt als französischer Reifenhersteller. Aber das Unternehmen beschäftigt sich auch seit längerem mit Antriebstechnik. Brennstoffzellen sollen bereits in wenigen Jahren in großen Mengen zur Verfügung stehen. Zusammen mit dem Automobilzulieferer Faurecia wurde zu diesem Zweck das Gemeinschaftsunternehmen Symbio gegründet, das in der Nähe von Lyon schon bald 20.000 Brennstoffzellensysteme jährlich herstellen möchte. Das Gemein- schaftsunternehmen peilt bis 2030 einen Marktanteil von zwölf Prozent an und einen Umsatz von 1,5 Milliarden Euro. Update Februar 2021 Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden hat eine wasserstoffhaltige Paste entwickelt mit der sich Wasserstoff bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck chemisch speichern und bedarfsgerecht wieder freisetzen lässt Bei der Reaktion von Wasser und der besonderen Paste entsteht neben Wasserstoffgas als Abfallprodukt Magnesiumhydroxid, ein farbloses Salz, das unter anderem auch wieder zum ursprünglichen Magnesiumhydrid der Powerpaste aufgearbeitet werden kann. Herstellung der puddingartigen Paste: Für die graue Paste wird Magnesiumpulver unter Zugabe von Wasserstoff bei 350 Grad Celsius und fünf bis sechs bar Druck zu Magnesiumhydrid umgewandelt. Durch Zugabe von Ester und Metallsalzen entsteht schließlich die bei Raumtemperatur lagerbare Paste. In einer Pilot-Anlage sollen künftig vier Tonnen Powerpaste pro Jahr produziert werden. Update November 2020 Der US-Gashersteller Air Products und der Kraftwerksbetreiber ACWA Power aus Saudi-Arabien planen zusammen mit dem Königshaus ab 2025 in der saudischen Wüste klimaneutrales Ammoniak (NH3) für die Wasserstoffproduktion herzustellen. Bislang wird Ammoniak vorallem bei der Düngemittelproduktion als Grundstoff gebraucht. Hergestellt wird es in erster Linie auf Basis von Erdgas, aber auch mit Kohle und Öl nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Doch dies soll sich nun ändern. Das saudisch-amerikanische Konsortium will den nötigen Wasserstoff klimaneutral per Elektrolyse mit Wind- und Solarstrom produzieren und dann zunächst dem Schiffsverkehr als Kraftstoff anbieten. Auch in Deutschland wird ein solcher Ansatz von Forschern aus Industrie und Wissenschaft unter Leitung des Leibniz-Institutes für Plasmaforschung und Technologie in Greifswald im Projekt Campfire verfolgt. Auch die Universität Duisburg-Essen arbeitet zusammen mit dem Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT) an Technologien für die Produktion und den Einsatz von grünem Ammoniak. Wasserstoffbetriebe Antriebssysteme von Schiffen sollen dann einen sogenannten Cracker erhalten, der an Bord die Wasserstoff- und Stickstoffmoleküle des Ammoniaks voneinander trennt. Der so freigesetzte Wasserstoff soll dann, in einem Gasmotor oder einer Brennstoffzelle eingesetzt, Energie für die Schiffe erzeugen. Die erste mit Ammoniak betriebene Sportjacht soll 2022 vom Stapel gehen. Ammoniak-betriebene Kreuzfahrtschiffe sollen dann ab 2030 gebaut werden. Das Ganze hört sich vielversprechend an. Der Umweg über Ammoniak soll große Vorteile beim Transport und der Speicherung bringen. Um Ammoniak zu transportieren und zu verflüssigen muss es nur auf -33°C gekühlt werden. Wasserstoff dagegen wird erst bei - 253°C flüssig. Während Ammoniak in dünn- wandigen, großen Metallcontainern gelagert werden kann, benötigt Wasserstoff viel kleinere Container, die besonders hohen Drücken standhalten müssen, was sich als teuer erweist. Bereits jetzt setzen Politik und Wirtschaft in Europa auf den Import großer Mengen von Wasserstoff aus Afrika. Der Umweg über das Ammoniak könnte dies ermöglichen. Seit fast einem Jahr verbinden zwei emissionsfreie Züge die vier Städte Bremervörde, Cuxhaven, Bremerhaven und Buxtehude in Norddeutsch-land miteinander. Mittlerweile haben die Züge, welche mit Brennstoff-zellentechnik unterwegs sind 100.000 Fahrzeugkilometer zurückgelegt. Die Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H20) um, wobei Strom entsteht. Der Strom wiederum läd die Lithium-Ionen-Akkus an Bord auf und treibt so den Elektromotor an. Die Züge gelten als emissionsfrei, weil sie nur Wasserdampf und Kondenswasser an die Umwelt abgeben. Bis Ende 2021 sollen auf der rund 100 Kilometer langen Strecke möglichst nur noch Wasserstoffzüge verkehren. Die bisherige Dieselzugflotte soll durch 14 Wasserstoffzüge ersetzt werden. Wasserstofftanks und Brennstoffzellen werden in den neuen Zügen die Diesel-Komponenten ersetzen. In einer Brennstoffzelle reagiert der getankte Wasserstoff kontrolliert mit dem Sauerstoff aus der Luft und liefert so Strom für den Elektromotor. Zwei schwere Lithium - Ionen Batterien speichern zusätzlich die Bremsenergie und überschüssigen Strom aus der Zelle. Auch der Rhein-Main-Verkehrsverbund hat sich große Ziele gesetzt. Bereits in wenigen Jahren möchte der Verkehrsverbund die weltweit größte Flotte an Zügen mit Brennstoffzellen-Antrieb einsetzen. Künftig sollen die Nahverkehrszüge im Taunus von Brennstoffzellen angetrie-ben werden. Die Tochter des Rhein-Main-Verkehrsverbunds, Fahma hat im Mai 2019 einen entsprechenden Großauftrag über 27 Züge mit einem Gesamtvolumen von rund 500 Millionen Euro an den deutsch-französischen Zughersteller Alstom erteilt. Der Auftrag beinhaltet auch die Versorgung mit Wasserstoff aus dem Industriepark der Firma Höchst. Der Wasserstoff entsteht dort als Nebenprodukt der Chlorproduktion. Dennoch wird über die Effizienz der Brennstoffzelle immer noch gestritten. Brennstoffzellenfahrzeuge haben gegenüber dem Batterieantrieb einen entscheidenden Vorteil: Sie lassen sich schnell betanken. Bereits nach wenigen Minuten an der Zapfsäule ist das Fahrzeug wieder voll mit Wasserstoff betankt. Ein Brennstoffzellenauto kann mit einer Tankfüllung mehrere hundert Kilometer zurücklegen. In der gleichen Zeit hätte ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug gerade mal ausreichend Saft, um die Sitzheizung anzustellen. Aber auch hier ist der Fahrer eines Brennstoffzellenautos im Vorteil: Ein Brennstoffzellenauto-Fahrer braucht keine zusätzliche Energie, um im Winter oder bei kalten Außentemperaturen den Innenraum aufzuheizen, denn die Brennstoffzelle liefert genug Abwärme, um das Auto im Winter nahezu umgehend und ohne Reichweitenverlust auf eine angenehme Temperatur zu bringen. Wie grün beide miteinander in Konkurrenz stehenden Technologien sind, hängt jeweils vom verwendeten Strom ab. Wirklich grün sind beide Konzepte nur, wenn auch die Energiegewinnung grün ist. Für den Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur sind leider schon am Anfang hohe Investitionen nötig, vor allem in die nachhaltige Produk- tion sowie in die Lagerung des Gases. Wenn aber erst einmal die Anlaufprobleme gelöst sind, ist ein Wasserstoffnetz vergleichsweise günstig, weil auf herkömmliche, leicht modifizierte Tankstellen zurück- gegriffen werden kann. Eine Studie des Forschungszentrums Jülich hat ergeben, dass ab einer Flotte von mehreren Millionen Brennstoffzellen-Autos in Deutschland die H2-Infrastruktur dauerhaft günstiger wäre als ein Netz von Stromtankstellen.B1 Nachteil der Brennstoffzelle ist, dass bei deren Herstellung derzeit noch viel teures und seltenes Platin benötigt wird. B2 Um den Platingehalt in der Brennstoffzelle in Zukunft deutlich zu reduzieren oder gar zu ersetzen wird wohl noch viel Forschungsarbeit nötig sein, so zumindest die Ansicht von Prof. Mohrdieck, Geschäftsführer der neuen Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH und Verantwortlicher für die Brennstoffzellen-Antriebsentwicklung der Daimler AG. B1)
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