Wasserstoff (H2) als Energieträger kann vielfältig verwendet werden: als Kraftstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge oder zur Einspeisung in das Erdgasnetz verbunden mit der anschließenden Strom- bzw. Wärmeerzeugung mit Gasturbinen, Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen. Der regenerativen Erzeugung von H2 kommt derzeit weltweit ein deutlich steigender Stellenwert zu. H2 ist das Synonym für eine nachhaltige Energieversorgung, die weitgehend – und in der Zukunftsperspektive auch vollständig – auf erneuerbaren Energien beruht. Die Forschungen Elektrolyse, Power-to-Gas (P2G®) und Brennstoffzellen zählen zu den wichtigsten Schwerpunkten des ZSW – und die Brücke zwischen all diesen Technologien bildet Wasserstoff.

Ansprechpartner

Markus Jenne
+49 (0)731 95 30-821
Wasserstoff- und Betankungsqualität

Ansprechpartner

Dr. Ludwig Jörissen
+49 (0)731 95 30-605
Neue Elektrolysetechnologien
Wasserstoff als Energieträger

Als kohlenstofffreier Energieträger kann Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und zum Klimaschutz leisten.

Der Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen führt zu einer Steigerung der Energieeffizienz und zur Reduzierung von Schadstoffemissionen im Vergleich zu Feuerungsanlagen bzw. Verbrennungsmotoren. Die Umwandlung von Wasserstoff in Brennstoffzellen erfolgt lokal und ist frei von schädlichen Emissionen.

Wasserstoff für die Mobilität
Mobilität mit Wasserstoff
Mobilität mit Wasserstoff

Elektromobilität umfasst neben Hybridfahrzeugen und reinen Batteriefahrzeugen auch Elektrofahrzeuge, die ihren Strom in einer Brennstoffzelle aus mitgeführtem Wasserstoff selbst generieren.

Brennstoffzellenfahrzeuge haben eine vergleichbare Reichweite und ähnlich kurze Tankzeiten wie Benzin- und Dieselfahrzeuge. Eine Reihe führender Automobilhersteller betreibt aktuell die weltweite Markteinführung von Brennstoffzellenfahrzeugen und erste Serienfahrzeuge sind verfügbar.

Betankt werden die Fahrzeuge mit Wasserstoff (H2), der über Eletrolyse von Wasser von zu Wasserstoff auf Erneuerbaren Energien erzeugt wird.  Mit Hilfe von Drucktanks kann dieser zwischengespreichert, transportiert und an H2-Stationen zur Verfügung gestellt werden (s . Abb. l.).

Interaktive CEP-Karte H2-Tankstellennetz
Interaktive CEP-Karte H2-Tankstellennetz: https://cleanenergypartnership.de/kundenbereich/h2-tankstellen/

Haben Sie gewusst, ...

...das Brennstoffzellen-Autos innerhalb 3 Minuten betankt werden können und eine Reichweite von bis 500 km haben?

...dass 400 H2-Stationen bis 2023 in Deutschland gebaut werden?

...dass es bereits heute viele Wasserstoff-Tankstellen zur Verfügung stehen?

Wasserstoff-Infrastruktur
Das Betanken von Brennstofffzellen-Autos ist seit Sommer 2016 auch am ZSW in Ulm möglich.
Das Betanken von Brennstofffzellen-Autos ist seit Sommer 2016 auch am ZSW in Ulm möglich.
Das ZSW beteibt Begleitforschung zur Wasserstoff- und Betrankungsqualität an derWasserstoff-Station am ZSW in Ulm.
Das ZSW beteibt Begleitforschung zur Wasserstoff- und Betrankungsqualität an derWasserstoff-Station am ZSW in Ulm.

Voraussetzung für die Markteinführung von Brennstoffzellenfahrzeugen ist der begleitende Aufbau eines Netzes von Wasserstofftankstellen sowie von Anlagen zur Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff.

Gegenstand aktueller Untersuchungen sind Fragestellungen vor allem zur Betankung und zur Einhaltung der für den Brennstoffzellenbetrieb notwendigen Wasserstoffqualität. Aktueller Standard ist eine Betankung mit 70MPa Wasserstoffdruck nach SAE J2601 und einer Wasserstoffqualität nach SAE J2719/ISO14687.

Das ZSW, mit seiner langjährigen Erfahrung in der Brennstoffzellentechnik und damit in der Nutzung von Wasserstoff, ist durch mehrere Projekte in den Aufbau einer europäischen Wasserstoff-Infrastruktur eingebunden.

Wasserelektrolyse

Mit zunehmender Verfügbarkeit von überschüssigem regenerativ erzeugtem Strom wird die elektrolytische Zersetzung von Wasser zu einer interessanten Option der Wasserstofferzeugung. Hierzu existieren drei Verfahrensprinzipien, die sich durch die Wahl des Elektrolyten unterscheiden. Bei der so genannten alkalischen Elektrolyse wird Kalilauge als Elektrolyt eingesetzt. Alkalische Elektrolyseure haben ihre Einsatzfähigkeit, Robustheit und Lastwechselbeständigkeit gezeigt. Die Elektroden kommen ohne den Einsatz teurer Edelmetalle aus. Jedoch sind die erzielbaren Stromdichten begrenzt. Bei PEM-Elektrolyseuren werden ähnlich wie bei PEM-Brennstoffzellen saure Polymerelektrolytmembranen als Elektrolyten eingesetzt. Aus diesem Grund erfordern sie den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren. Mit PEM-Elektrolyseuren sind grundsätzlich sehr hohe Stromdichten erzielbar. Außerdem wurden PEM-Elektrolyseure erfolgreich im Lastwechselbetrieb eingesetzt. Die dritte Elektrolyseurtechnologie setzt einen keramischen Elektrolyten bei hohen Temperaturen ein. Dies ermöglicht grundsätzlich eine erhebliche Reduktion des Bedarfs an elektrischer Energie, erfordert jedoch eine Wärmequelle bei hohen Temperaturen.

Aktuelle Forschungsthemen zur Wasserelektrolyse im Fachgebiet Brennstoffzellen Grundlagen in Ulm umfassen die Entwicklung neuer Elektrodenmikrostrukturen auf Basis von Nanomaterialien.

Weitere Informationen zur systemischen Elektrolyse-Forschung finden Sie unter "Elektrolyse".