Wasserstoff für die Energiewende

Solare Wasserstofftankstelle in Freiburg. (Bild: Fh.-ISE)

Solare Wasserstofftankstelle in Freiburg. (Bild: Fh.-ISE)

Im Rahmen ihrer Mobilitäts- und Kraftstoff­strategie verweist die Bundes­regierung auf die zunehmend engere Verbindung des Ausbaus der erneuerbaren Energien im Strom­sektor und des Straßen- und Schienen­verkehrs, aber auch des Schiffs- und Flugverkehrs, um die klima­politischen Ziele erreichen zu können. Hierfür ist es notwendig, die Energiebasis des Verkehrs insbesondere hinsichtlich strom­basierter Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien zu erweitern, und im Fall von Brenn­stoffzellen- und batterie­elektrischen Antrieben die erforderliche Infra­struktur aufzubauen.

Synthe­tische Flüssig­kraftstoffe, erzeugt aus nachhaltigem Elektrolyse­wasserstoff, und Kohlen­dioxid aus vorhandenen Industrie- oder Biomasse­anlagen können die bestehende globale Infrastruktur natürlich direkt nutzen. Am Fraunhofer ISE durch­geführte Analysen des deutschen Energie­systems wie die Studie „Was kostet die Energie­wende?“ zeigen, dass die klimapolitischen Ziele der Bundes­regierung, die Treib­hausgas­emissionen um mindestens 80 % zu reduzieren, nicht nur technologisch möglich sind, sondern je nach regula­torischen Rand­bedingungen im Endzustand auch keine Mehr­kosten gegenüber dem heutigen Status verursachen.

Diese modellbasierten Unter­suchungen erstrecken sich über alle Sektoren und Energie­träger, also auch den Verkehrssektor 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 nur, wenn neue Strom­anwendungen insbesondere auch für den Verkehr hinzukommen.

Die Modelle haben gezeigt, dass in den kosten­optimierten Szenarien bereits im kommenden Jahrzehnt regional verteilte Elektro­lyseure im Gigawatt-Leistungs­maßstab nötig sein werden, um die Kopplung zwischen Energie­wirtschaft und Mobilität zu realisieren. „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 Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstoff­technologien am Fraunhofer ISE, überzeugt. Folge­richtig hat das Fraunhofer ISE zur Weiter­entwicklung der PEM-Elektrolyse im letzten Jahr ein hoch­modernes Testzentrum eingeweiht, in dem die Freiburger Forscher Elektrolyse­stapel bis 1 MWel charak­terisieren können. 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 nunmehr vier Jahren erproben die Forscher am Fraunhofer ISE erfolgreich die Brenn­stoffzellen­mobilität in Freiburg mit drei Daimler B-Klasse F-CELL Fahrzeugen in der Praxis, neuerdings aber auch mit weiteren Genera­tionen von Brenn­stoffzellen-PKWs von Hyundai sowie dem „Mirai“ von Toyota. Zusammen mit der ebenfalls seit vier Jahren betriebenen, öffentlichen Solaren Wasserstoff-Tankstelle des Fraunhofer ISE demonstriert das Institut die künftige, emissions­freie Individual­mobilität basierend auf vor Ort produziertem, solarem Wasserstoff mittels Solar­zellen und Leitungs­wasser.

Für die leistungs­intensivere sowie die Lang­strecken-Mobilität im Schwerlast-, Schiffs- und Flug­verkehr sind jedoch auch künftig flüssige Kraftstoffe mit hoher volume­trischer Energie­dichte notwendig. Dahin­gehend entwickelt das Fraunhofer ISE Techno­logien zur Erzeugung synthetischer, flüssiger Kraftstoffe wie etwa Oxymethylen­ether und Basis­chemikalien basierend auf erneuer­barem Wasserstoff und Kohlen­dioxid und evaluiert diese ökonomisch und ökologisch. Diese flüssigen synthe­tischen Kraftstoffe haben ein hohes Anwendungs­potenzial und können bereits jetzt in beliebigen Mengen konven­tionellen Kraft­stoffen beigefügt werden.

Christopher Hebling blickt optimistisch in die Zukunft: „Wir freuen uns, dass Politik und Wirtschaft ein deutliches Zeichen für die Wasser­stoff­technologien als Teil der Energie­wende, insbesondere als Kraftstoff und Speicher­medium, setzen. Elektrolyse-, Brennstoff­zellen- und Power-to-Liquid-Techno­logien werden uns in unseren Klima­zielen unterstützen und uns zunehmend von fossilen Energie­trägern unabhängig machen. Das Fraunhofer ISE bietet seinen Kunden und Partnern eine 25jährige Erfahrung in der markt­gerechten Entwicklung dieser Techno­logien.“ (Quelle: Fh.-ISE)

Link: Wasserstofftechnologien,  Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

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