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Hersteller treiben Wasserstoff als Energieträger voran

Wasserstoff als Schlüssel für die Energiewende
Bosch & Co. treiben Brennstoffzelle voran

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Der Energieträger Wasserstoff bietet viel Potenzial. Die Akzeptanz wächst. Industrie und Wissenschaft wollen nun die Brennstoffzelle voran bringen und kostengünstiger machen.

Markus Strehlitz

Wasserstoff kann eine Schlüsselrolle in den Energiekonzepten der Zukunft spielen. Er erlaubt eine emissionsfreie Mobilität und ist wichtiger Faktor in einer dezentralen Energieversorgung.

Noch haben Wasserstofftechnologien zwar mit Herausforderungen zu kämpfen. Aber das Vertrauen in sie wächst. Das gilt zumindest für die Energieversorger. Laut einer Studie des Beratungsunternehmens Horváth & Partners sehen Firmen aus dieser Branche Wasserstofftechnologien als Basis für neue, erfolgversprechenden Geschäftsmodelle. Rund 60 % der Versorgungsunternehmen rechnen mittel- und langfristig mit hohen bis sehr hohen Margen. Für die Studie wurden 44 Unternehmen befragt, die gemessen an der Anzahl der Zählpunkte rund 55 % des deutschen Energiemarktes vertreten.

Energieversorger setzen auf Power-to-Gas

Laut der Untersuchung hat sich etwa das Vertrauen in die positive Entwicklung durch Power-to-Gas in den vergangenen zwei Jahren verdoppelt. Bei Power-to-Gas wird Wasserstoff zu einem synthetischen Gas umgewandelt, das zum Heizen oder für innovative Antriebstechnologien – zum Beispiel auf Schiffen – verwendet werden kann.

Die Versorger sehen Power-to-Gas unter den Top drei der Flexibilisierungsoptionen des Stromversorgungssystems sehen. 60 % der befragten Unternehmen messen der Technologie hohes Potenzial zu.

„Allerdings ist der Weg, diese Potenziale zu heben, oftmals noch nicht eindeutig geklärt“, sagt Matthias Deeg, Leiter des Beratungsbereichs für die Energiewirtschaft von Horváth & Partners. „Die Energieversorger suchen noch ihre Strategie und weisen bezüglich ihrer Zukunftsprojekte einen sehr heterogenen Reifegrad auf.“

E-Mobilität soll zweigleisig fahren

Beim Thema Mobilität geben die Befragten der Brennstoffzelle gute Chancen – im Vergleich zum Einsatz von Batterien. In den Bereichen Bus und Lkw sehen mehr als 75 % der Energieunternehmen in Hybriden und Brennstoffzellen ein größeres Potenzial als bei reinem Batteriebetrieb. „Wir haben es mit einer Co-Existenz verschiedener Technologien zu tun. Je größer das Fahrzeug und je länger die Strecke, desto mehr Vorteile kann der Wasserstoff bieten“, erklärt Deeg.

Ins gleiche Horn stößt der VDE – der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik. In einer gemeinsam mit dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI) erstellten Studie fordert der Verband, in der Elektromobilität zweigleisig zu fahren. Die Brennstoffzelle könne einen bedeutenden Beitrag dazu leisten, die Emission von Treibhausgasen zu reduzieren.

„Brennstoffzellenfahrzeuge sind ein notwendiges Element für die Mobilität von morgen“, sagt Martin Pokojski, Vorsitzender des VDE/VDI-Fachausschusses „Wasserstoff und Brennstoffzellen“ und Mitautor der Studie. „Der Treibstoff Wasserstoff lässt sich flexibel aus erneuerbaren Energien herstellen, speichern und transportieren.“ Fahrzeuge, die diese Energietechnik nutzen, können laut Studie eine höhere Reichweite erheblich kosteneffizienter erzielen. Die Betankungszeiten seien mit dem heutigen Standard für Benzin und Diesel vergleichbar.

Andreas Schamel, weiterer Co-Autor der Studie, weist ebenfalls darauf hin, dass die Brennstoffzelle vor allem für große Fahrzeugen geeignet sei. „Je größer und schwerer ein Fahrzeug ist, desto weniger sinnvoll ist der Batterie-Einsatz.“

Lkw und Oberklasse-Pkw sieht Professorin Angelika Heinzel daher als Einstiegsmarkt für Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Auch der Verkehr zu Wasser und auf der Schiene könnte von der Technik profitieren. „In Norddeutschland fährt schon ein Wasserstoffzug. Und es gibt bereits Fähren, die den Energieträger nutzen“, erzählt Heinzel vom Zentrum für Brennstoffzellentechnik in Duisburg, die ebenfalls die Studie mitverfasst hat.

Wirkungsgrad der Brennstoffzelle macht noch Probleme

Doch gegenüber Lithium-Batterien hat die Brennstoffzelle noch einen entscheidenden Nachteil: Ihr Wirkungsgrad ist geringer. Dafür sind beim Einsatz von Wasserstoff als Energieträger eine Reihe von Faktoren verantwortlich. Dazu zählen etwa dessen Herstellung und Aufbereitung. Am Ende der Kette, in der auch die Betankung einberechnet werden muss, bleiben von 100 %, die an Energie hineingesteckt werden, nur noch 8 bis 15 % übrig.

Ein weiterer Punkt, an dem angesetzt werden muss, sind die Kosten. Brennstoffzellenfahrzeuge sind noch zu teuer, um sich durchzusetzen. Doch hier ist Schamel zuversichtlich. Im Gegensatz zu Batterieautos sei noch „ein großer Kostensprung nach unten“ möglich, wie der Studien-Co-Autor betont.

Es gebe sowohl bei den Fertigungsverfahren als auch beim Know-how vieles, das aus der Produktion von konventionellen Fahrzeugen übernommen werden könne. „Wenn die Brennstoffzelle pro Hersteller die Marke von 100.000 Stück pro Jahr knackt, dann sind wir bei den Kosten in einem attraktiven Bereich“, erklärt Schamel.

Forschungsprojekt zur automatisierten Fertigung

Den Faktor Produktionskosten will das Projekt Hyfab ins Visier nehmen, an dem das Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoffforschung (ZSW) und das Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme (ISE) arbeiten. Gemeinsam mit weiteren Partnern aus Industrie und Forschung entwickeln und erproben die Wissenschaftler darin automatisierte Fertigungs- und Qualitätssicherungsverfahren für Brennstoffzellen.

Das Ziel ist der „Aufbau einer Plattform für Produktionsforschung von der Komponenten- bis zur Stack- Herstellung, die der Brennstoffzellenindustrie und den Maschinen- und Anlagenbauern Möglichkeiten zur Auftrags- und Verbundforschung hinsichtlich der Serienproduktion einschließlich Qualitätssicherung bietet“, heißt es in einer Pressemeldung.

Das ZSW legt seinen Schwerpunkt auf den Stapelprozess, das Fraunhofer ISE auf die Membranelektrodeneinheit – also auf die Prozesse in der Produktionskette, die zwischen den Rohmaterialien und der Stack-Assemblierung angesiedelt sind.

Bosch setzt auf Skaleneffekte

Auch große Industrieunternehmen arbeiten daran, die Brennstoffzelle nach vorne zu bringen. Dazu zählt zum Beispiel Bosch. Der Automobilzulieferer hatte im vergangenen Jahr eine Entwicklungs- und Lizenzvereinbarung mit dem schwedischen Brennstoffzellen-Spezialisten Powercell geschlossen. Im November übernahm Bosch dann sogar 11,3 % des Anbieters. Nun hat Powercell einen Auftrag für Brennstoffzellen-Stacks im Gesamtwert von rund einer Million Euro von Bosch erhalten. Die gemeinsame Serienfertigung der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM) soll spätestens 2022 starten.

Bosch sieht im Geschäft mit mobiler Brennstoffzellen-Technik langfristig Potenzial in Milliardenhöhe. Bis 2030 werden nach Schätzung des Unternehmen bis zu 20 % aller Elektrofahrzeuge weltweit mit Brennstoffzellen angetrieben.

Den größten Faktor, wenn es um die Kosten für die Technologie geht, sehen die Experten von Bosch im Stack. Dieser mache bis zu zwei Drittel der Gesamtkosten eines Brennstoffzellen-Systems aus. Doch Geschäftsführer Stefan Hartung ist zuversichtlich: „Durch die Industrialisierung und über die Verbreitung der Technik am Markt wird Bosch Skaleneffekte erzielen und an der Kostenschraube drehen.“


Brennstoffzellen treiben roboterbasierte Sicherheitssysteme an. Bild: Oneberry

Energie für den Kampf gegen Covid-19

Brennstoffenzellen kommen nicht nur in Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Sie können auch als zuverlässige Stromversorgung für öffentliche Gesundheits- und Sicherheitsinfrastrukturen dienen. Dafür nutzt etwa Oneberry Technologies aus Singapur die Hybrid-Brennstoffzellenlösungen von SFC Energy. Die Systeme kommen in Sicherheits- und Überwachungstechnologien zum Einsatz – zum Beispiel in mobilen roboterbasierten Flutfrühwarn- und Überwachungsanwendungen. Die Oneberry Mobicam, ein schnell mobilisierbares Überwachungssystem, nutzt die Brennstoffzelle für einen langen netzfernen und automatisierten Betrieb.

„Wir beobachten zurzeit eine rasant wachsende Nachfrage nach allen unseren Systemen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und Gesundheit“, erklärt Ken Pereira, CEO von Oneberry Technologies. Mittlerweile sei die tausendste Brennstoffzelle von SFC dafür verbaut worden. „Wir erwarten, dass die Nachfrage in diesem Jahr im Segment der autonomen Systeme um weitere 30 % ansteigen wird.“

Vor dem Hintergrund der aktuellen Corona-Krise evaluieren SFC und Oneberry derzeit die Einsatzmöglichkeiten von sogenannten Contactless-Situation-Awareness-Robotern in Europa. „Wir freuen uns, dass unsere Brennstoffzellen einen Beitrag bei der Durchführung und Kontrolle von Covid-19-Sicherheitsmaßnahmen spielen können“, sagt Peter Podesser, Vorstandsvorsitzender von SFC Energy.

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