Unsere Umwelt gibt uns vielfältige Ressourcen. Einige wie Öl und Gas sind endlich. Andere wie Sonne, Wind, Wasser und Luft sind nahezu unbegrenzt vorhanden. Entscheidend für unsere Energiebilanz ist der Wirkungsgrad, mit dem wir diese Ressourcen nutzen. Während Verbrennungsantriebe von der Ölquelle bis zur Antriebswelle nur etwa 20% der Energie nutzen und Elektroantriebe mit Batteriespeichern und Strom aus fossilen Brennstoffen auf eine Effizienz von ca. 30% kommen, ermöglichen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Systeme einen Gesamt-Wirkungsgrad von 40%.
Die folgende Grafik unserer Kooperationsplattform HYFLY zeigt, wieviel effizienter Wasserstoff ist:
Anders als fossile Brennstoffe ermöglicht Wasserstoff die Speicherung regenerativer Energie. Das bedeutet: Wird Wasserstoff mit grünem Strom aus Wind-, Wasser- und Sonnenenergie erzeugt, kann diese natürlich erzeuge Energie beliebig gespeichert und transportiert werden.
Bei der Elektrolyse wird Wasser mit Hilfe von Strom zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Mit einem guten Elektrolyseur können so 70% der eingesetzten Energie konserviert werden. Elektrolyse ist im großen industriellen Maßstab, aber auch lokal und dezentral möglich.
Druck machen auf Veränderung
Wasserstoff ist ein Gas mit einem Energiegehalt von 33 kWh pro kg. Bei normalem Druck nimmt ein Kilogramm Wasserstoff ein Volumen von ca. 11.000 Litern ein. Wird es komprimiert und unter hohem Druck gespeichert, ist der Platzbedarf deutlich geringer (bei 700 bar nur noch 25 Liter). Bei der Entnahme aus dem Drucktank wird das Gas wieder verlustfrei dekomprimiert und in das Brennstoffzellensystem geleitet.
Eine weitere Volumenreduzierung ließe sich nur durch Verflüssigung erreichen. Dazu muss der Wasserstoff allerdings mit hohem technischen und energetischen Aufwand auf unter minus 253 °C gekühlt werden.
Bei unseren Überlegungen zur Gestaltung von PS-HyTech HySphere stand für uns das geringstmögliche Eigengewicht im Vordergrund und der Verzicht auf die Kühlung und Verflüssigung, um zusätzlichen Energieverbrauch zu vermeiden. Das Ergebnis ist ein kugelförmiger Wasserstoff-Drucktank aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff.
Weniger Gewicht für mehr Zuladung und Reichweite:
Der hohe Energieinhalt von Wasserstoff und die Möglichkeit zur Druckspeicherung sorgen dafür, dass Wasserstoffsysteme in Bezug auf das Gewicht gegenüber Batteriesystemen deutlich leichter sind.
Ein Lithium-Akku nach dem Stand der Technik hat einen Energieinhalt von ca. 0,25 kWh/kg. Ein zylindrischer 700 bar-Drucktank mit Wasserstoff kommt auf ca. 2 kWh/kg. PS-HySphere erzielt ca. 5,5 kWh/kg. Damit ist die Energiespeicherdichte von PS-HySphere über 20-mal höher als die von Batterien.
Bei mobilen Anwendungen hat das höhere Gewicht von gewöhnlichen Akkumulatoren einen negativen Einfluss auf die Reichweite und Zuladung. Mit Wasserstoff kommt man weiter.
Während Akkus eine vergleichsweise kurze Haltbarkeit haben (Anzahl Lade-/Entladezyklen) und anfällig sind für hohe und tiefe Temperaturen, sind Brennstoffzellen-Systeme wesentlich robuster. Sie kennen auch keinen Memory-Effekt und müssen bei extremen Minusgraden nicht beheizt werden, wie dies beispielsweise bei Lithium-Akkus erforderlich ist.
Was würde heute ein moderner Autoreifen kosten, wenn weltweit nur 1000 Stück produziert würden?
Wasserstoff-Grundlagentechnologie wird seit über 100 Jahren erforscht. Die industrielle Serienfertigung einiger Komponenten, die in wasserstoffbasierten technischen Lösungen eingesetzt werden, steckt noch in den Kinderschuhen. Diese Komponenten werden mit hohem Aufwand konstruiert und geprüft und derzeit noch in sehr geringen Mengen produziert und verkauft. Sie sind deshalb vergleichsweise teuer. Auch die Verfügbarkeit und der einfache Zugang zu Wasserstoff zum Beispiel zur Betankung ist vielerorts noch ein Manko.
Das alles bedeutet, dass sich wasserstoffbasierte Energielösungen im Vergleich zu konventionellen Energieträgern auch heute schon rechnen können. Wasserstoff-Technologien bieten gerade jetzt eine exzellente Startrampe für innovative Unternehmen, die ihre Zukunft im Kontext von Crowd-Energy, Logistik- und Mobilitätsanwendungen sehen.
Wird Wasserstoff wie Öl eingesetzt?
Nein. Bei unseren Lösungen erzeugt Wasserstoff in einer Brennstoffzelle elektrischen Strom. Mit diesem Strom werden z.B. Elektro-Motoren betrieben.
Grüner Wasserstoff:
Häufig wird von grünem, grauen, blauem und türkisem Wasserstoff berichtet. Der Wasserstoff selbst ist immer gleich. Die Farben kennzeichnen das Verfahren, mit dem der Wasserstoff erzeugt wird: „Grün“ bedeutet, dass die Energie aus Solar-, Wasser- oder Windenergie stammt. Die anderen Farben kennzeichnen traditionelle, nicht nachhaltige bzw. nicht CO2-neutrale Prozesse.
Energiegehalt von Wasserstoff:
33 kWh pro kg
Energiegehalt von Diesel:
11 kWh pro kg
Wirkungsgrad Quelle bis Antriebswelle:
Wasserstoff-Brennstoffzellen: 40%
Batterien: 30%
Fossile Brennstoffe (Öl): 20%
Energie-Speicherung:
Gute Elektrolyseure sichern rund 70% der eingesetzten Energie aus nachhaltigen Quellen.
Komprimierte Speicherung:
Das Volumen von 1 kg Wasserstoff beträgt 11.000 Liter. Bei 700 bar Druck werden daraus 25 Liter.
