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Alternative Energien Tankstelle produziert Sprit für Brennstoffzellen-Autos

Ein neues Material lagert Wasserstoff sicher und effizient. Es könnte den Weg in ein Zeitalter jenseits von Kohle, Gas und Öl frei machen.

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Toyotas Brennstoffzellen-Auto Mirai Quelle: Presse

Rein äußerlich macht die Innovation wenig her. Der Wasserstoff-Speicher sieht aus wie eine handelsübliche Gasflasche wie sie Schweißer benutzen. Ihr aufregendes Potenzial steckt im Inneren: Scheiben aus gepresstem und zusammengebackenem metallischem Pulver – Hauptbestandteil Eisentitan – speichern auf engstem Raum große Mengen Wasserstoff – weit sicherer und effizienter als gängige Techniken. Das Material haben Entwickler des globalen Technologiekonzerns GKN aus Redditch bei Birmingham jetzt am Standort Bonn vorgestellt. Es könnte einen Meilenstein auf dem Weg ins Wasserstoff-Zeitalter markieren, in dem unsere Energieversorgung nicht mehr auf Kohle, Erdgas und Erdöl basiert.

Guido Degen, Forschungschef der GKN-Sparte metallische Pulver, hat eine Menge Ideen für künftige Anwendungen. Dazu gehören autarken Tankstellen, die den Wasserstoff für Autos mit Brennstoffzellen-Antrieb direkt an Ort und Stelle erzeugen: Ein Elektrolyseur genannter Apparat könnte Wasser mit gerade nicht benötigtem Wind- und Sonnenstrom in Sauer- und Wasserstoff aufspalten. Der Wasserstoff wandert in den Superspeicher. Dort lagert er bei einem geringen Druck von rund 20 bar, wohingegen gängige Systeme bei 700 bar befüllt werden. Solch ein hoher Druck steigert jedoch die Explosionsgefahr. Die Niedrigdruckspeicherung an der Tankstelle wäre hingegen völlig gefahrlos, weil der Wasserstoff darin chemisch gebunden ist und sich nicht so schnell verflüchtigen kann.

Das Wichtigste über Wasserstoff und Brennstoffzelle

Zudem halten die Metallscheiben die Wasserstoffmoleküle auf einem drei Mal engeren Raum fest als ein klassischer Gastank. „Sie speichern die Wasserstoffmoleküle wie ein Schwamm das Wasser“, erläutert Degen. Die kompakte Bauweise spart daher enorm Platz und der Speicher lässt sich schnell laden. Erst wenn der Fahrer einer Wasserstoff-Mobils den Zapfhahn in das Ansaugrohr seines Wagens steckt, wird der Wasserstoff auf die 700 bar hoch komprimiert, für die heutige Tanks in Wasserstoffautos ausgelegt sind.

Das ist nicht bloß eine Vision: Die Planer des nordamerikanischen Wasserstoff-Highways vom kanadischen Vancouver ins kalifornische Los Angeles, der gerade entsteht, erwägen laut Degen den Bau solcher Tankstellen mit integrierter Raffinerie.

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    Eines Tages könnten die Autobauer auch die Fahrzeuge selbst mit dem metallischen Speicher ausrüsten, erwartet der Manager. Dann fiele der Zwischenschritt des Verdichtens weg. Wegen der Kompaktheit des Speichers bliebe mehr Platz im Kofferraum und er müsste nicht aufwändig gegen einen Aufprall geschützt werden.

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    Allerdings machen die Metalle den Speicher ähnlich schwer wie eine Batterie – jedoch bei größerer Reichweite. Zum Vergleich: Der Fahrer eines Tesla kommt mit vollgeladener, rund 500 Kilogramm schwerer Batterie bis zu 400 Kilometer weit; der Wasserstoffspeicher müsste bei gleichem Gewicht erst nach etwa 500 Kilometer aufgefüllt werden.

    Degen hält aber vor allem die Industrie selbst für einen wichtigen Erprobungsort. Sie verbraucht jährlich weltweit mehr als 30 Millionen Tonnen Wasserstoff: etwa für Sprudelwasser, die Herstellung von Margarine und Düngemittel oder die Verhüttung von Erzen. Die Produzenten könnten per Elektrolyse Wasserstoff selbst herstellen anstatt ihn heran zu karren. Was sie nicht brauchen, sammeln sie in dem Speicher und gewinnen daraus mittels Brennstoffzelle bei Bedarf Strom und Wärme für ihre Prozesse. Sie würden auf den Speicher vor allem zu Zeiten zurückgreifen, zu denen die Elektrizitätsnetze überlastet und Strom daher besonders teuer ist.

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    Die GKN-Pioniere möchten möglichst bald mit ersten Demonstrationsprojekt Erfahrungen sammeln und die Wirtschaftlichkeit der neuen Speichertechnik nachweisen. Der Wirtschaftsminister von Nordrhein-Westfalen, Garrelt Duin, sagte dafür bei der Vorführung in Bonn seine Unterstützung zu. Trotz großer internationaler Konkurrenz wolle er NRW zum Wasserstoffstandort Nummer eins ausbauen, kündigte Duin an.

    Das ehrgeizige Ziel zu erreichen, könnte sich lohnen. Die GKN-Visionäre sehen jedenfalls vielfältige Märkte für ihren metallischen Wasserstoffspeicher. So wollen sie ihn nach und nach so schrumpfen, dass er sogar in Mobiltelefone und tragbare Computer passt und die Geräte über den Umweg einer ebenfalls integrierten Mini-Brennstoffzelle tagelang mit Strom versorgt. Über eine Kartusche ließe sich der Speicher immer wieder aufladen.

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      Leicht werden es Metallhydridspeicher nach Einschätzung von Ludwig Jörissen, Experte am Ulmer Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) nicht haben, sich am Markt zu etablieren. Vor allem wegen ihres recht hohen Gewichts. Entscheidend seien am Ende die Speicherkosten für Anschaffung und Betrieb. In dieser Frage hält sich GKN bedeckt.

      Prinzipiell ist das Potenzial für klimaneutralen Wasserstoff groß. Wie groß haben Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich ausgerechnet. Werden die Kapazitäten wie geplant ausgebaut, produzieren Windräder und Solarzellen, so ihr Szenario, 2050 übers Jahr gesehen gut 50 Prozent mehr Strom als benötigt wird. Die zeitweiligen Überschüsse reichen aus, um drei Viertel aller Autos in Deutschland mit Wasserstoff anzutreiben. Vorausgesetzt, sie haben bis dahin eine Brennstoffzelle statt eines Benziners oder Diesels unter der Motorhaube – und einen passenden Speicher im Chassis.

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