Wasserstoffverwendung

Die Wasserstoffverwendung umfasst die möglichen Einsatzgebiete für Wasserstoff. An dieser Stelle gibt es zahlreiche Möglichkeiten der Verwendung. Doch Kern der Technologie für die verschiedenen Einsatzbereiche ist die Brennstoffzelle, die bereits heute gut funktioniert.

Brennstoffzellen haben den Vorteil gegenüber der konventionellen Stromerzeugung Wasserstoff direkt in Strom und Wärme umzuwandeln. Zusätzlich wird der Primärenergieträger gut ausgenutzt. Dadurch sind Brennstoffzellen grundsätzlich effizienter als andere Systeme.

Ganz allgemein lassen sich die Einsatzgebiete für den Wasserstoff in drei Bereiche aufteilen: Stationäre-, mobile- und portable Anwendungen. Dessen ungeachtet sind die portablen Anwendungen streng genommen ein Teil der mobilen Anwendungen.

Stationäre Anwendung

Stationäre Anwendungen bezeichnen Systeme zur Energieversorgung einzelner Häuser über die dezentrale Energieversorgung von Industrie und Gewerbe bis hin zu Systemen für die Energieversorgung ganzer Wohnviertel.

Entsprechend lassen sich die Brennstoffzellen als Kraftwerke in unterschiedlichen Baugrößen realisieren. Überdies lassen sich die Brennstoffzellen kombinieren.

Wasserstoffverwendung in Haushalten

Somit werden gerade die kleinen Systeme in Haushalten sehr interessant in der Anwendung. Einerseits wird nicht nur Heizenergie sondern auch der Strom geliefert. In Kombination mit sehr vielen Hausbrennstoffzellen entsteht ein Kraftwerk. Dieses Kraftwerk dient beispielsweise als Speicher für nicht benötigte Energie aus erneuerbaren Energien wie z. B. Wind und Solar.
Aktuell sind Hausbrennstoffzellen im Verhältnis zu anderen Alternativen teuer. Jedoch in großer Stückzahl hergestellt, haben sie ein großes Potential auf ähnlichem Preisniveau zusätzlich zur Heizenergie auch Strom zu liefern.

Mobile Wasserstoffverwendung

Alle Verkehrsmittel, die wir heute kennen, lassen sich prinzipiell mit Wasserstoff antreiben. Es gibt dafür zwei Möglichkeiten: Der Wasserstoff verbrennt in ganz normalen Motoren und ersetzt das Benzin. Die andere Option ist die Verwendung von Brennstoffzellen, die im Fahrzeug elektrische Energie für einen Elektromotor erzeugen, mit dem dann das Fahrzeug angetrieben wird.
Die Verwendung der Brennstoffzelle im Fahrzeug hat einige entscheidende Vorteile: Aus dem Auspuff kommt nur noch Wasser, sie arbeitet geräuschlos und ohne Vibrationen und ist effizienter als ein Verbrennungsmotor: sie spart also Energie. Wenn ein Brennstoffzellen-Auto an der Ampel steht, gibt es keine Geräusche, da auch der Motor stillsteht. Auch die Anfahrgeräusche sind deutlich geringer. Es wird viel leiser in unseren Städten.

Brennstoffzellen in PKW

Weitergefasst sind Autos mit Brennstoffzellen auch als Elektroauto kategorisiert. Denn über den Elektromotor wird die elektrische Energie in Bewegungsenergie zurückgewandelt. Die im Fahrverlauf auftretende Bremsenergie nützt bei der Speicherung. Die Brennstoffzelle lädt also während der Fahrt die Fahrbatterie nach.

Die Energiebilanz einer Brennstoffzelle ist aktuell noch nicht massentauglich. Ein Grund dafür ist eine Energieeffizienz von derzeit „nur“ 40-50 Prozent, während das reine Elektroauto bereits zwischen 70-80 Prozent aufweist (Annahme 2014).

Zwei weitere Vorteile hat die Technik ebenfalls. Erstens ist das Brennstoffzellenfahrzeug emissionsfrei und zweitens ist die Betankung sehr schnell ähnlich wie wir es von den Verbrennern gewöhnt sind.

Ohne die politische Komponente erweitert die Brennstoffzelle im Auto mindestens die Reichweite nachhaltig. Falls die Technologie einen ähnlichen Fortschritt erzielt, könnte auch das Wasserstoffauto einen wertvollen Beitrag zu den Klimazielen liefern.

Busse mit Brennstoffzellen

Brennstoffzellenbusse sind ebenso Elektrofahrzeuge wie die rein batterie-elektrischen Busse oder Oberleitungsbusse (Trolleybusse). Meistens enthalten Brennstoffzellenbusse einen Hybridantrieb. Ein Elektromotor dient als direkter Antrieb.

Die Betankungszeit für 40 Kilogramm Wasserstoff beträgt in etwa sieben Minuten. Mit dieser Tankfüllung kann der Bus bis zu 350 Kilometer weit fahren. Damit sind die Brennstoffzellenbusse zu den bisherigen Dieselfahrzeugen im täglichen Einsatz wettbewerbsfähig.

LKW, Straßenbahnen, Lokomotiven und Schiffe

Das Bild auf der Startseite zeigt bereits den Einsatz eines Wasserstoffantriebes in der Praxis. Scheinbar scheint die Regel zu gelten, je größer das Fahrzeug, desto höher der Nutzen. So starten viele Projekte im Bereich Schwerlastverkehr, beispielsweise für LKW.

Wasserstoff-Flugzeuge

Ja, selbst für Flugzeuge scheint der Antrieb mit Wasserstoff möglich zu sein. Und wir sprechen hier nicht vom Zeppelin.

Bereits in den 1980ern starteten erste Versuche beim russischen Unternehmen Tupolew mit Wasserstoff. Das erste Flugzeug mit Wasserstoffantrieb der Firma hob am 15. April 1988 ab. Erst im Januar 2021 erhält die DLR einen Forschungsauftrag für die Entwicklung eines Wasserstoffflugzeuges auf Brennstoffzellenbasis mit 1,5 MW.

Portable Anwendung

Ein sehr großes Einsatzgebiet für Brennstoffzellen und Wasserstoff ist die Energieversorgung tragbarer Geräte: Mobiltelefone, tragbare Computer, MP3-Player, Videokameras und vieles andere ließe sich mit Wasserstoff oder Methanol und batteriegroßen Brennstoffzellen betreiben.
Die Betriebsdauer eines Notebooks mit Brennstoffzelle übersteigt die von herkömmlichen Akkus bei weitem. Eingesetzt werden hierfür derzeit hauptsächlich Direkt-Methanol-Brennstoffzellen. Aus einer Methanol Kartusche werden diese Brennstoffzellen mit Energie versorgt. Neigt sich der Methanol-Vorrat dem Ende, wird einfach die Kartusche getauscht und schon ist der „Akku“ wieder voll und für viele Stunden betriebsbereit.
Noch kleinere Brennstoffzellen, so genannte Mikrobrennstoffzellen, ließen sich in Handys integrieren. Es wurden bereits Prototypen mit 50 Stunden Betriebsdauer vorgestellt.

Auch portable Anwendungen größerer Leistung sind in der Entwicklung. In den USA werden bereits Baustellenbeleuchtungen in abgelegenen Regionen mit Brennstoffzellen betrieben. Bei entsprechender Tankgröße funktionieren diese Systeme über Wochen und sind im Betrieb billiger als Batteriespeicher gleicher Kapazität. Gleiches gilt für die Energieversorgung von abgelegenen Sendestationen von Mobilfunkanbietern.

Fazit Wasserstoffverwendung

Quellen

Roland Berger Studie Wasserstoff- und Brennstoffzellenindustrie
Wikipedia-Artikel zur Brennstoffzelle