Elektromobilität Emissionsfreie Mobilität mit Wasserstoff

Redakteur: Beate Christmann

Die Energiewende – für das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist diese nur durch eine marktgerechte Umsetzung von Wasserstoff-Technologien in der Mobilität erreichbar. Die Wissenschaftler forcieren deswegen die weitere Entwicklung der Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse, der Brennstoffzellen-Technologie für mobile Anwendungen und der Erzeugung strombasierter synthetischer Kraftstoffe.

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Der Nachbau der Wasserelektrolyse-Messzelle aus transparentem Kunststoff visualisiert die segmentierten Endplatten mit Kanalstrukturen (paralleles Flowfield). Mit Hilfe diesen Laborzellen führt das Fraunhofer-ISE Komponentenscreenings und Langzeitmessungen für Lebensdaueruntersuchungen durch.
Der Nachbau der Wasserelektrolyse-Messzelle aus transparentem Kunststoff visualisiert die segmentierten Endplatten mit Kanalstrukturen (paralleles Flowfield). Mit Hilfe diesen Laborzellen führt das Fraunhofer-ISE Komponentenscreenings und Langzeitmessungen für Lebensdaueruntersuchungen durch.
(Bild: Fraunhofer-ISE)

Die Forscher des Fraunhofer-Insituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg beantworten die Frage nach der Realisierbarkeit der klimapolitischen Ziele der Bundesregierung, die Treibhausgasemissionen um mindestens 80 Prozent zu reduzieren, klar positiv. Nach ihren Erkenntnissen sei die Energiewende nicht nur technologisch möglich, sondern verursache je nach regulatorischen Randbedingungen auch keine Mehrkosten gegenüber dem heutigen Status. Dazu entwickelt das Fraunhofer-ISE bereits sei Anfang der 1990er Jahre Wasserstofftechnologien als Teil des zunehmend solaren Energiesystems. Die Freiburger Wissenschaftler forcieren nun die marktgerechte Forschung und Entwicklung der Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse und Brennstoffzellentechnologie für mobile Anwendungen sowie die Erzeugung strombasierter, synthetischer Kraftstoffe (Power-to-Liquid).

Institutseigene Analysen wie die modellbasierte Studie „Was kostet die Energiewende?“ erstrecken sich über alle Sektoren und Energieträger und weisen auf Basis unterschiedlicher Szenarien verschiedene kostenoptimierte Transformationspfade auf. Der stark wachsende Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien macht eine zunehmend flexibel reagierende, komplementäre Residuallast ebenso notwendig wie eine Flexibilisierung der Stromnachfrage. Diese Flexibilisierung gelingt nach Ansicht des Fraunhofer-ISE nur, wenn neue Stromanwendungen insbesondere auch für den Verkehr hinzukommen. Die Modelle haben gezeigt, dass in den kostenoptimierten Szenarien bereits im nächsten Jahrzehnt regional verteilte Elektrolyseure im Gigawatt-Leistungsmaßstab nötig sein werden, um die Kopplung zwischen Energiewirtschaft und Mobilität zu realisieren.

Weiterentwicklung der PEM-Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung

„Das Erreichen der Ziele der Energiewende erfordert die Wasserstofferzeugung über die Wasserelektrolyse und die Verwendung des Wasserstoffs als Kraftstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen sowie die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen aus Wasserstoff und Kohlendioxid (Power-to-Liquid/PtL)“, ist Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am Fraunhofer-ISE, überzeugt. Folgerichtig hat das Institut zur Weiterentwicklung der PEM-Elektrolyse im letzten Jahr ein Testzentrum eingeweiht, in welchem Elektrolysestapel bis 1 MWel charakterisiert werden können. Durch die unabhängige Bewertung von Leistungs- und Alterungseigenschaften von Elektrolysestapeln werden hier Unternehmen in der kommerziellen Entwicklung ihrer Produkte unterstützt. Die PEM-Elektrolyse ist ideal geeignet, um nicht bedarfsgerecht erzeugten regenerativen Strom zu verwenden und in Form des chemischen Energieträgers Wasserstoff zu speichern.

Idealerweise wird dieser regenerativ erzeugte Wasserstoff in der Mobilität mit Brennstoffzellen-Autos genutzt. „Seit vier Jahren erproben wir die Brennstoffzellenmobilität in Freiburg mit drei Daimler B-Klasse F-Cell-Fahrzeugen. Mit einem weiteren Brennstoffzellen-PKW von Hyundai können wir nun eine neue Fahrzeuggeneration nutzen“, freut sich Ulf Groos, Abteilungsleiter für Brennstoffzellensysteme. Zusammen mit der ebenfalls seit vier Jahren betriebenen, öffentlichen solaren Wasserstofftankstelle demonstriert das Institut die zukünftige, emissionsfreie Individualmobilität basierend auf vor Ort produziertem solarem Wasserstoff mittels Solarzellen und Leitungswasser.

CO2-arme Kraftstoffe auch für Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr

Für die leistungsintensivere Mobilität im Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr sind auch künftig flüssige Kraftstoffe mit hoher volumetrischer Energiedichte notwendig. Hierzu veranstaltete das Fraunhofer-ISE kürzlich einen mit rund 100 Teilnehmern besuchten internationalen Workshop zur Wasserstoffnutzung für die Erzeugung synthetischer, CO2-armer Kraftstoffe (zum Beispiel Oxymethylenether, OMEs) und Basischemikalien wie Methanol. Das Fraunhofer-ISE entwickelt Technologien zur Erzeugung flüssiger Kraftstoffe und Chemikalien basierend auf regenerativem Wasserstoff und Kohlendioxid und evaluiert diese ökonomisch und ökologisch (Life-Cycle-Assessment/LCA).

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