von Peter Tromm | Dozent und Projektleiter, Fachhochschule Graubünden | zuerst erschienen auf GRimpuls am Fr, 17.04.2020 | Link | Titelfoto von Sven Scheuermeier / Unsplash

Prinzipiell lassen sich Brennstoffzellen sowohl stationär wie auch mobil einsetzen. Zu den stationären Einsatzmöglichkeiten zählen Gebäude, in denen mittels Wasserstoff Wärme und Strom erzeugt werden. Photovoltaik produziert Strom und Wasserstoff. Auf diese Weise sind die Häuser autark, also ohne Stromanschluss ans Netz, und können durch die gespeicherte Energie sonnenarme Zeiten und Nächte überbrücken. In Japan werden bereits 305 000 Häuser so betrieben (Stand April 2019).

Strassenverkehr

Bereits seit über 30 Jahren wird in der Automobilindustrie Forschung betrieben, um erdölbasierte Treibstoffe durch Wasserstoff zu ersetzen. Zunächst wurde dabei der Wasserstoff in handelsübliche Benzinmotoren eingespritzt (z.B. BMW 1991). Heute setzt man vermehrt auf Brennstoffzellen für den mobilen Einsatz.

Die zwei wichtigsten Vorteile eines Antriebs mittels Brennstoffzelle liegen auf der Hand: 

• 1. Als Verbrennungsprodukt entsteht lediglich Wasser, keine Abgase.
• 2. Ein Elektromotor erzeugt Strom beim Bremsen und Bergabfahren (Rekuperation), welcher in einer Batterie gespeichert wird und anschliessend wieder zum Fahren verwendet wird.

Ein Vergleich der gesamten PKW-Emissionen, bezogen auf Kohlenstoffdioxid, hat gezeigt, dass Brennstoffzellenfahrzeuge um den Faktor zwei bis drei besser abschneiden als solche mit Diesel oder Benzin, inclusive aller Produktionswege der Energie und der Emissionen im laufenden Betrieb.

Viele Automobilfirmen haben bereits Brennstoffzellenfahrzeuge zu Testzwecken hergestellt. In Serie produziert werden zurzeit Modelle von Toyota (Mirai), von Hyundai (Nexo) und Mercedes (GLC FC). Diese Fahrzeuge werden bereits in der Schweiz verkauft.

Dies bedingt eine Tankstellen-Infrastruktur. Es gibt zurzeit zwei öffentliche Wasserstofftankstellen in der Schweiz, eine in Dübendorf bei der EMPA (Eidgenössische Materialprüfanstalt) und eine in Hunzenschwil (Kanton Aargau) von Coop. Ein Konsortium von Firmen (u.a. Coop, Migrol, Avia, H2-Energy) treibt den Ausbau der Tankstellen flächendeckend für die Schweiz voran, es entstehen gerade weitere. In Deutschland z.B. existieren zurzeit ca. 85 von geplanten 500 Tankstellen.

Erste Lastwagen und Busse mit Brennstoffzellen sind bereits im Einsatz. In der Schweiz hat Coop einen LKW umrüsten lassen.

Die Tanks von LKW werden mit 350 bar Druck gefüllt, PKW mit 700 bar. Beim Verbrauch entspricht ein Kilogramm Wasserstoff etwa sechs Litern Benzin, ein Auto kann also mit einem Kilogramm Wasserstoff etwa 100 Kilometer weit fahren. Allerdings hat ein Kilogramm Wasserstoff bei einem Druck von etwa 700 bar ein Volumen rund zehn bis zwölf Litern. Man benötigt also wie bisher eine Tankgrösse von etwa 50 bis 60 Litern, wenn man 500Kilometer weit mit einer Tankfüllung fahren möchte. Der Preis für ein Kilogramm H2 beträgt ca. zehn Franken bzw. zehn Euro, womit ein Autofahrer vergleichbare Treibstoffkosten pro 100 Kilometer hat.

Sogar Zweiräder mit Brennstoffzellenantrieb werden gebaut.

Bahnverkehr

Die Firma Alstom, Eisenbahn-Produzent in Frankreich, hat 17 wasserstoffbetriebene Züge hergestellt und nach Bremerhaven in Norddeutschland geliefert für nicht elektrifizierte Strecken. Andere Bundesländer haben nun auch bestellt, und Stadler Rail entwickelt ebenfalls derartige Züge.

Schiffsverkehr

In Amsterdam und Hamburg existieren mit Brennstoffzellen betriebene Ausflugs-Schiffe, das in Hamburg steht seit 2007 im Einsatz. In Norwegen und Dänemark planen Reedereien zurzeit Fährschiffe für Nord- und Ostsee.

Flugverkehr

Das deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum DLR hat ein brennstoffzellen-betriebenes Flugzeug gebaut, das auch Passagiere befördern kann. Es ist zwar ein Forschungsobjekt, geplant sind aber bereits Flugzeuge für 12 Passagiere im innereuropäischen Business-Betrieb und für 100 Passagiere für Europaflüge. Auch Boeing und Airbus forschen an der neuen Technik.

Diese Ausführungen zeigen, dass Wasserstoff überall eingesetzt werden kann. 

Dies ist der zweite Artikel in einer Serie zum Thema Wasserstoff. Der erste Artikel mit einer Einführung zum Thema ist am 23. Januar 2020 auf «GRimpuls» erschienen. In einem dritten Artikel wird der Autor auf die Chancen und die Bedeutung einer Wasserstoffwirtschaft für den Kanton Graubünden eingehen.