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Wasserstoff

Wasserstoff (H2) als Treibstoff der Zukunft

In Zusammenarbeit mit einzelnen OEM sowie verschiedenen H2-Initiativen wird das Thema Wasserstoff bei SAG derzeit in vielerlei Hinsicht verfolgt, so ist z.B. das Thema H2-Tank naheliegend. Zugleich werden verschiedene andere Themen untersucht, für die der Einsatz von H2 interessant sein könnte. Die Initiativen werden mit Open Innovation verfolgt, um zu Beginn ein möglichst breites Spektrum auszuloten.

Die effiziente Speicherung von Wasserstoff wird als wichtige Voraussetzung für die Verbreitung von Brennstoffzellentechnik im Verkehrssektor gesehen. Da Wasserstoff eine geringe volume­trische Energiedichte aufweist, wird er in Kraftfahrzeugen in der Regel komprimiert in zylindrischen Druckbehältern mitgeführt. Bei Pkw haben sich inzwischen 700 bar als Speicherdruck etabliert. Bei Bussen ist der Speicherplatz (auf dem Dach) dagegen weni­ger knapp. Daher können Busse nach wie vor Druckspeicher mit nur 350 bar nutzen.

Die Reichweite von Brennstoffzellen-Pkw liegt heute bei etwa 500 km. Hierfür werden bei aktueller Fahrzeugtechnik sowie in Abhängigkeit von Fahrzeug, Fahr-weise und Fahrbedingungen etwa 4 bis 6 kg Wasserstoff benötigt. Um für einen Pkw 4 bis 6 kg Wasserstoff bei 700 bar zu speichern, werden etwa 100 bis 150 Liter Tankvolumen benötigt. Otto- oder Benzintanks für Kompakt- und Mittelklasse-Pkw liegen heute bei 50 bis 60 Litern Tankvolumen – während Luxusklassefahrzeuge und leichte Nutzfahrzeuge 70 bis 80 Liter mit sich führen.

Neben Volumen und Gewicht des Kraftstoffs ist das Gewicht des Tanksystems relevant. Denn schwere Tanksysteme erhöhen Roll-, Steigungs- sowie Beschleunigungswiderstand und damit den Kraftstoff- und Energieverbrauch eines Fahrzeugs. Fahrzeugtanks für flüssige Kraftstoffe weisen eine sehr günstige Relation von transportiertem Energieinhalt zur Gesamtmasse Tanksystem plus Inhalt auf. Ein 55-Liter-Tank für ein heutiges Kompakt-/Mittelklassefahrzeug hat ein Eigengewicht von nur 15 Kilogramm. Die Speicherdichte von Ottokraftstoff zum gesamten Tanksystem einschließlich dessen Energieinhalt liegt demnach bei über 30 MJ/kg. Mit kleineren Speichermengen und Fahrzeugtanks für effizientere Antriebe (Otto-Hybrid) würde die Relation künftig (etwas) ungünstiger ausfallen (JEC 2013).

Sicherheit von Wasserstoff als Treibstoff

Zunächst einmal ist Wasserstoff nicht explosionsfähig, nicht selbstentzündlich, zerfallsfähig oder brandfördernd. Wasser­stoff ist zudem nicht giftig, ätzend, radioaktiv, übel riechend, wassergefährdend oder gar krebserregend. Wasserstoff kann jedoch Luftsauerstoff verdrängen und insofern erstickend wirken. Sein hervorstechendstes sicherheitsrelevantes Merkmal ist seine hohe Brennbarkeit und die weiten Zündgrenzen in Wasser­stoff-Luft-Gemischen von 4 bis 77 %.

Doch Wasserstoff allein kann nicht brennen. Hierzu bedarf es eines Oxidationsmittels (Luft/Sauerstoff) bzw. eines zündfä­higen Gemisches sowie einer Zündquelle, zum Beispiel eines elektrischen Funkens. Wird Wasserstoff in reiner Form mit einer Zündquelle zusammengebracht, verbrennt er nahezu unsichtbar. Für die sichere Handhabung von Wasserstoff folgt hieraus: Wasserstoff wird anders als etwa flüssige Kraftstoffe in reiner Form sowie in geschlossenen, das heißt vollständig dichten Systemen/Tanks gespeichert und transportiert. Die meist ver­wendeten Wasserstoffdrucktanks sollten hohe Sicherheitsre­serven aufweisen und mit Entlastungsventilen ausgestattet sein. Zündquellen sind zu vermeiden.

Da Wasserstoff leichter als Luft ist, entweicht er nach oben. Was­serstoff ist folglich entweder im Freien zu lagern oder, wenn in geschlossenen Räumen, bei guter Be- und Entlüftung. Zudem erhöhen Wasserstoffsensoren die Sicherheit.

FAQ Wasserstoff

Wasserstoff ist ein chemisches Element, bei Standardbedingungen (20 °C und Atmosphärendruck) ist es ein leichtes Gas (7 % Luftdichte). 1.000 Liter haben nur 73 kg.

Es kann jedoch komprimiert oder verflüssigt werden, um die Dichte zu erhöhen.

Nein. Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum und auch auf der Erdoberfläche sehr gut zugänglich.

Die Energiedichten verschiedener Brennstoffe:

  • Flüssiges Erdgas = 39MJ / kg
  • Diesel = 43MJ / kg
  • Benzin = 41MJ / kg
  • Flüssiger Wasserstoff = 120MJ / kg

Die Gefahr, die durch verschütteten Wasserstoff oder zufälliges Verbrennen entsteht, ist nicht größer als die von Benzin oder Diesel. Es verbrennt, ohne Rauch zu erzeugen und die Strahlungswärme des Feuers ist gering. Der für Einsatzkräfte definierte Sicherheitsradius ist kleiner als bei herkömmlichen Kraftstoffen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Sicherheit ist, dass sich Wasserstoff nicht am Boden ausbreitet, sondern aufgrund seiner geringen Dichte in die Luft steigt.

Nein. Wasserstoff wird in Industrie- und Mobilitätsanwendungen seit langem sicher gespeichert.

Die atomare und molekulare Größe von Wasserstoff ist klein und diffundiert leicht in viele Feststoffe und Flüssigkeiten – aber es gibt viele Materialien mit sehr geringer Permeabilität, die zur Speicherung genommen werden. So werden z.B. viele Stahl- und Aluminiumlegierungen, aber auch Polymere seit langem zur Speicherung von Wasserstoff verwendet.

Im Gegensatz zu Benzin und Erdgas hat Wasserstoffgas aufgrund seiner geringen Dichte unter atmosphärischen Bedingungen einen erheblichen Auftrieb. Das austretende Wasserstoffgas steigt sofort auf und verteilt sich, was die Gefahr einer Entzündung an der Luft verringert.

Andererseits bildet Wasserstoff mit Luft in einem breiten Prozentsatzbereich ein entflammbares Gemisch. Die Zündgrenzwerte für Wasserstoff, Benzin und Erdgas liegen bei 4-75% (1,4-7,6%) bzw. 5,3-15% (Luftvolumen-%).

Nein. Wasserstoff-Luft-Gemisch ist brennbar, explodiert jedoch nicht. Ein Gemisch aus Wasserstoff und reinem Sauerstoff (Knallgas) ist explosiv.

Nein. Wasserstoff ist ein ungiftiges, klares Gas. Es ist nicht giftig, hat weder Geschmack noch Geruch. Die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoffquelle mit Brennstoffzellen erzeugt keine Dämpfe, verschmutzt nicht die Atmosphäre mit Kohlendioxid und gibt keine Stickoxide ab.

Ja. Im Gegensatz zu Rohöl, das eine Energiequelle ist, ist Wasserstoff ein Energievektor. Die Ölförderung beinhaltet politische und ökologische Risiken. Wasserstoff kann dort erzeugt werden, wo Strom und Wasser verfügbar sind.

Das Nebenprodukt herkömmlicher Motoren sind unter anderem Kohlendioxid, Stickstoffoxid und feine Partikel. Mit Wasserstoff betriebene Systeme erzeugen nur Strom, Wasser und Abwärme.

Ja. Da konventionelle Kraftstoffe in großem Maßstab produziert werden, ist die Produktion von Wasserstoff in kleinem Maßstab kaum vergleichbar. Nach den meisten Vorhersagen ist die Wasserstoffproduktion im großen Maßstab aber nur wenig teurer als herkömmliche Kraftstoffe.

Wasserstoff kann auf verschiedene Arten produziert werden. Derzeit werden mehr als 95% des Wasserstoffs weltweit aus Kohlenwasserstoffen hergestellt, wobei schädliches CO2 erzeugt und emittiert wird. Eine modernere und umweltfreundlichere Technologie zur CO2-neutralen Erzeugung von Wasserstoff kann durch Elektrolyse von Wasser geboten werden.

Das Betanken von PKWs oder leichten Nutzfahrzeugen dauert 3 bis 5 Minuten.

Ja. Wasserstoffbehälter erzeugen zusammen mit Brennstoffzellen Strom wie Batterien. Ein Wasserstoffsystem kann mehr Energie speichern und es hat viel weniger Gewicht als Batterien.

Nein. Wasserstoff wird zu einem wesentlichen und dauerhaften Element einer nachhaltigen Energiewirtschaft.

Der Hauptvorteil herkömmlicher Kraftstoffe ist ihre einfache Handhabung, hohe Energiedichte und Steuerbarkeit. Aufgrund der Bindungskräfte an Kohlenstoffatomen sind sie bei Raumtemperatur und normalem Atmosphärendruck flüssig.

Wasserstoff erfordert jedoch einen hohen Verflüssigungsdruck, um eine ausreichende Energiedichte zu erreichen. Dies erfordert ein komplexeres Behältersystem als ein einwandiger Thermoplast- oder Blechbehälter.

Ja. Die Verwendung von Wasserstoff zum Speichern und Transportieren von Energie führt zu einer geringeren Umweltverschmutzung als bei herkömmlichen Brennstoffen oder Batterien.

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