Wasserstofftechnologien ermöglichen die Energiewende – vom Photon zur Traktion – Fraunhofer ISE forciert die Forschung zur marktgerechten Umsetzung von Wasserstofftechnologien in der Mobilität

12.4.2016

Am heutigen Dienstag, 12. April 2016, werden Bundesminister Dobrindt und hochrangige Vertreter der Industrie ihre Strategien für eine emissionsfreie Mobilität mit Wasserstoff auf dem »H2Mobility Kongress – Elektromobilität mit Brennstoffzelle in Deutschland und International« im Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur in Berlin vorstellen. Das Fraunhofer ISE entwickelt Wasserstofftechnologien als Teil des zunehmend solaren Energiesystems seit Anfang der 1990er Jahre. 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).

© Foto Fraunhofer ISE

Wasserelektrolyse-Messzelle (Nachbau) aus transparentem Kunststoff zur Visualisierung der segmentierten Endplatten mit Kanalstrukturen (paralleles Flowfield).

Institutseigene Analysen 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 auch keine Mehrkosten gegenüber dem heutigen Status verursachen. Diese modellbasierten Untersuchungen 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 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.

»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 Fraunhofer ISE 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 nunmehr vier Jahren erproben wir erfolgreich die Brennstoffzellenmobilität in Freiburg mit drei Daimler B-Klasse F-CELL Fahrzeugen. Wir sind stolz darauf, dass wir seit dieser Woche nun mit einem weiteren Brennstoffzellen-PKW von Hyundai eine neue Fahrzeuggeneration nutzen können«, freut sich Ulf Groos, Abteilungsleiter für Brennstoffzellensysteme. Zusammen mit der ebenfalls seit vier Jahren betriebenen, öffentlichen Solaren Wasserstofftankstelle des Fraunhofer ISE demonstriert das Institut die zukünftige, emissionsfreie Individualmobilität basierend auf vor Ort produziertem solarem Wasserstoff mittels Solarzellen und Leitungswasser. ‚Vom Photon zur Traktion‘ - ohne jegliche Kohlenwasserstoffe in der Wandlungs- und Transportkette.

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 ca. 100 Teilnehmern viel beachteten internationalen Workshop zur Wasserstoffnutzung für die Erzeugung synthetischer, CO2-armer Kraftstoffe (z. B. Oxymethylenether, OMEs) und Basischemikalien wie z.B. 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).

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