Entwicklung der Verkehrsleistung von 1960 bis 1999

Transkript

1 Entwicklung der Verkehrsleistung von 196 bis 1999 Verkehrsleistung Personenverkehr Mrd Personen-km Pkw ÖPNV Eisenbahn Flugzeug ÖPNV: Eisenbahn: öffentlicher Straßenpersonenverkehr und Schienennahverkehr nur Schienenfernverkehr Verkehrsleistung Güterverkehr Mrd Tonnen-km Binnenschiff Rohrfernleitungen Eisenbahn Lkw Quelle: BMVBW: Verkehr in Zahlen 2 eigene Berechnungen

2 Flächennutzung und Verkehrsinfrastruktur Flächennutzung in Deutschland 1996 Wald Schiene sonstige Wege Innerortsstraßen Sonstiges Außerortsstraßen Autobahnen Siedlungen Landwirtschaft Wald 29.8% landwirtschaftliche Fläche 53.7% Siedlungsfläche 6.2% Schienenverkehr.4% Sonstiges 5.7% Autobahnen.16% Außerortsstraßen.79% Innerortsstraßen.78% sonstige öffentliche Wege (Plätze, 2.38% Fußgängerzonen, Waldwege, Feldwege u.a.) Straßen und Schienen in der Bundesrepublik Deutschland Länge in tausend km Autobahn Bundesstraßen Landes- und Kreisstraßen Gemeindestraßen Schienenwege Quelle: BMVBW: Verkehr in Zahlen 2 Statistisches Bundesamt eigene Berechnungen

3 Telematik

4 Wahrnehmung des Lärms Zehn Autos sind nur doppelt so laut wie eins Lärmskala Die Lärmskala zeigt, wie laut in Zahlen ausgedrückt bestimmte Geräusche sind.

5 Wer macht am meisten Krach? Die verschiedenen Krachmacher auf einen Blick: am lautesten sind Motorrad, Lkw und Omnibus. Gemessen wurde der Lärm der verschiedenen Fahrzeugarten beim Anfahren und Beschleunigen sowie bei Konstantfahrten im Stadtverkehr.

6 Erläuterungen zu Luftschadstoffen Kohlenmonoxid CO Die Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material zu CO 2 verläuft über das Zwischenprodukt Kohlenmonoxid. Das geruchlose Gas blockiert die Sauerstoffaufnahme in das Blut Kohlenmonoxid wird vom Hämoglobin um 2 bis 3 mal stärker gebunden als Luftsauerstoff und verursacht so Sauerstoffmangel im Gewebe und führt je nach Konzentration zu Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit, Ohrensausen, Bewußtlosigkeit, Atemlähmung oder Tod. CO ist eine wichtige Verbindung im Komplex chemischer Umwandlungsprozesse bei der Entstehung von Sommersmog. Die zur Zeit in Deutschland auftretenden Konzentrationen liegen, auch an verkehrsreichen Straßen, deutlich unter den Grenzwerten. Stickoxide NO x Stickstoffoxide entstehen bei Verbrennungsprozessen bei hohen Temperaturen durch Oxidation des Stickstoffs der Verbrennungsluft sowie von im Brennstoff enthaltenen Stickstoffs. Gebildet wird in erster Linie Stickstoffmonoxid NO, während sich das giftigere Stickstoffdioxid NO 2 erst im Anschluß an die Verbrennung im Abgas und in der Atmosphäre bildet. NO x entsteht nicht nur in Otto- und Dieselmotoren, sondern auch in Wasserstoff- und Gasmotoren (Erdgas, Propan,...), wenn sie mit Luft als Sauerstoffquelle betrieben werden. NO 2 ist ein Reizgas für den Atemtrakt, es löst sich in Schleimhäuten und erhöht die Anfälligkeit gegenüber Krankheitserregern. Außerdem spielen Stickoxide auch eine besondere Rolle bei der Bildung von Photooxidantien. Schwefeldioxid SO 2 Farbloses, stechend riechendes Gas, das überwiegend beim Verbrennen schwefelhaltiger Energieträger entsteht. Es gehört zu den klassischen Luftschadstoffen, welche bei Hausbrand, Kraftwerken und Industriefeuerungen entstehen. Schwefeldioxid wirkt in erster Linie auf die Schleimhäute des Auges und die oberen Atemwege und verursacht Atemwegserkrankungen. Bei Pflanzen verursacht SO 2 das Absterben von Gewebepartien durch Abbau von Chlorophyll. Schwefeldioxid ist in der Atmosphäre einer Reihe von Umwandlungsprozessen unterworfen. Als deren Folge entstehen etwa Schwefelsäure, was u.a. zu saurem Regen führt, oder Sulfate, welche zur Luftverschmutzung durch feinste Partikel beitragen. Kohlenwasserstoff HC Chemische Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Kohlenwasserstoffe sind in dem Netzwerk der photochemischen Reaktionen, welche bei der Entstehung von Sommersmog ablaufen, ein wichtiges Agens. In ruralen Gebieten ist ein nennenswerter Anteil von Kohlenwasserstoffen biogenen Ursprungs, insbesondere Terpen-Emissionen aus Nadelgehölzen tragen zur HC-Belastung bei. Methan, CH 4, die einfachste Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindung, unterscheidet sich bei vielen Eigenschaften (Lebensdauer, Reaktionsfreudigkeit, Herkunft) charakteristisch von den anderen Kohlenwasserstoffen. Deshalb wird Methan meist getrennt behandelt von den anderen Kohlenwasserstoffen, den Nicht-Methan- Kohlenwasserstoffen NMHC. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAH Aromatische Verbindungen, deren Molekülgerüst aus mehreren Benzolringen besteht. Einige PAH (z.b. Benzo(a)pyren) sind krebserzeugend. Sie entstehen vor allem bei unvollständigen Verbrennungsprozessen wie z.b. beim Hausbrand (insbesondere bei Holz- und Kohle als Brennstoff) und beim Kfz-Verkehr. Im industriellen Bereich spielen vor allem Kokereien eine Rolle bei der PAH-Emission. Die PAH- Konzentrationen sind in den Städten etwa 5 2mal höher als auf dem Land, im Winter sind die Konzentrationen in den Städten etwa 1mal höher als im Sommer. Benzol C 6H 6 Die aromatische Verbindung ist eine der vielen Kohlenwasserstoffverbindungen, sie gilt als krebserzeugend. Die Hauptquelle für Benzol in der Außenluft sind Kraftfahrzeuge mit Ottomotor ohne Katalysator sowie Anlagen zur Verteilung von Kraftstoff. Schwebstaub Bei dem Luftschadstoff Schwebstaub handelt es sich nicht um eine klar definierte, eindeutige Substanz. Vielmehr werden unter dieser Bezeichnung alle in der Luft schwebenden, nicht gasförmigen Partikel verstanden. Schwebstaub stellt ein komplexes Stoffgemisch dar, dessen Herkunft, Form, Korngrößenverteilung und chemische Zusammensetzung starken räumlichen und zeitlichen Schwankungen unterliegt. Ruß Beim Erhitzen von kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen unter Sauerstoffabschluß wird Wasserstoff abgespalten, als Endprodukt kann sich Ruß bilden, ein Agglomerat aus elementaren Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffen. Ruß entsteht u.a. bei der Verbrennung im Dieselmotor. An Rußpartikel können auch PAH adsorbiert sein Partikel PM 1, PM 2.5 Als Aerosole bezeichnet man in der Atmosphäre schwebende Teilchen aus flüssigem oder festem Material. Sie umfassen den Größenbereich von.1 µm bis 1 µm Durchmesser und sind als Dunst sichtbar. Diese Größenfraktion des Schwebstaubes wurde bisher Fein- oder Feinststaub genannt, unter der Bezeichnung PM 1 (particulate matter mit einem Durchmesser unter 1 µm) stehen sie seit einiger Zeit aufgrund der lungengängigen Größe verstärkt in der Umweltschutzdiskussion. Kleinste Teilchen (unter.3 µm) stammen aus Dieselmotoren, Feuerungen und sind durch chemische Umwandlung von Nitraten, Sulfaten und Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre entstanden, sie lagern sich innerhalb weniger Tage zu größeren Partikel zusammen. Mittelgroße Teilchen (PM 2.5 kleiner als 2.5 µm) stammen zum Teil aus Emissionen von Dieselmotoren. Sie bleiben Tage bis Wochen in der Atmosphäre. Die größten Teilchen bestehen z.b. aus Meersalzen, aus Partikel aus dem Reifenabrieb, aus Industrieprozessen, Steinbruch, Stahlerzeugung, auch aus organischen Material wie Pflanzensporen. Durch Sedimentation setzen sie sich rasch am Boden ab, die Verweilzeit beträgt Stunden oder Tage. Photochemischer Smog, Ozon O 3 Ozon gilt als Leitsubstanz der sogenannten Photooxidantien im Sommersmog. Unter diesem Begriff wird eine Gruppe äußerst reaktionsfähiger Substanzen zusammengefaßt, die sich unter dem Einfluß von Sonnenstrahlung bilden und auch rasch wieder zerfallen. Das anthropogene Ozon wird durch eine photochemische also durch intensives Sonnenlicht ausgelöste Reaktion aus Stickoxiden in bodennahen Schichten gebildet. Die Schlüsselrolle bei der Entstehung des Ozons in Bodennähe kommt dem Stickstoffdioxid zu. Durch UV-Strahlung zerfällt es photolytisch zu Stickstoffmonoxid und atomarem Sauerstoff: NO 2 NO + O. Dieses hochreaktive Sauerstoffatom verbindet sich sofort mit dem molekularen Sauerstoff der Luft zu Ozon: O+ O 2 O 3. Das entstandene NO kann mit Hilfe von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenmonoxid wieder zu NO 2 oxidiert werden, so daß es wieder zur Ozonbildung beitragen kann. Der Abbau von Ozon erfolgt durch Reaktion mit Bestandteilen der Luft sowie an Oberflächen. Da Ozon in Gebieten mit hoher Luftschadstoffbelastung durch Oxidation von Primärschadstoffen abgebaut wird, treten die höchsten Ozonwerte in Reinluftgebieten auf. Ozon wird nicht nur aus den lokal emittierten Schadstoffen gebildet, ein nicht unerheblicher Anteil der Ozonbelastung (3 5%) kann auch auf Ferntransport (einige hundert Kilometer) von Vorläufersubstanzen und/oder Ozon beruhen. Die biologische Wirkung des Ozons wird durch seine extreme Reaktionsbereitschaft geprägt. Es entfaltet seine Wirkung fast ausschließlich am Auftreffort, also z.b. am Gewebe des Atemtraktes. Kohlendioxid CO 2 Fossile Brennstoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen, sie verbrennen zu Kohlendioxid und Wasser. Kohlendioxid ist kein Luftschadstoff im engeren Sinne, es ist zu etwa.28% Bestandteil der natürlichen, sauberen Luft (Konzentration in vorindustrieller Zeit, Konzentration heute rund.36%). CO 2 ist ein Treibhausgas, seine Emission trägt zur anthropogenen Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes bei. CO 2-Emissionen sind proportional zum Kraftstoffverbrauch, aus einem Liter Benzin entstehen 2.35 kg CO2, aus einem Liter Diesel entstehen 2.64 kg CO2. Zum Schutz des Klimas setzte sich Deutschland zwei ehrgeizige Ziele: Klimaschutzprogramm von 199: 25% Reduktion der Kohlendioxid-Emissionen bis 25 gegenüber dem Basisjahr 199 (freiwillige Erklärung), Kyoto-Protokoll von 1997: 21% Reduktion (EU: 8%) von Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid (N 2O), teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFC), perflourierte Kohlenwasserstoffe (PFC) und Schwfelhexaflourid (SF 6) innerhalb des Verpflichtungszeitraums 28 bis 212 gegenüber dem Basisjahr 199 (HFC, PFC uns SF 6 auch 1995). Bis 1999 konnten die CO2-Emissionen gegenüber 199 um 15,3 % und die der sechs Treibhausgase des Kyoto-Protokolls um 18,5 % reduziert werden.

7 Stickoxide (NO x ) NO x -Emissionen des Straßenverkehrs 1 4 Emissionen in kt je Jahr PKW Gkat PKW Otto Konv PKW Diesel Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg Stickstoffoxid Emissionen in Kilotonnen je Jahr (NO x, berechnet als NO 2 ) Straßenverkehr Übriger Verkehr Kleinverbraucher Haushalte Industriefeuerungen Kraft- u. Fernheizwerke Industrieprozesse Insgesamt Quelle: Umweltbundesamt Stickoxid - Emissionen 1999 Industriefeuerungen Industrieprozesse Kleinverbraucher Haushalte PKW 19% Kraft- und Fernheizwerke Übriger Verkehr LKW Quelle: Umweltbundesamt/ IFEU, Heidelberg

8 Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff-Emissionen des Straßenverkehrs Emissionen in kt je Jahr PKW Gkat PKW Otto Konv PKW Diesel Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff Emissionen in Kilotonnen je Jahr Straßenverkehr Übriger Verkehr Kleinverbraucher Haushalte Industrieprozesse Industriefeuerungen Kraft- u. Fernheizwerke Lösemittelverwendung Gewinnung u. Verteilung v. Brennstoffen Insgesamt Quelle: Umweltbundesamt Industriefeuerungen Industrieprozesse Kleinverbraucher Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff - Emissionen 1999 Gew innung u. Verteilung v. Brennstoff Haushalte PKW 15% LKW Kraft- und Fernheizw erke Übriger Verkehr Lösemittelverw endung Quelle: Umweltbundesamt / IFEU, Heidelberg

9 Schwefeldioxid (SO 2 ) SO 2 -Emissionen des Straßenverkehrs Emissionen in kt je Jahr PKW Gkat PKW Otto Konv PKW Diesel Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg Schwefeldioxid Emissionen in Kilotonnen je Jahr Straßenverkehr Übriger Verkehr Kleinverbraucher Haushalte Industriefeuerungen Industrieprozesse Kraft- u Fernheizwerke Insgesamt Quelle: Umweltbundesamt Schwefeldioxid - Emissionen 1999 Haushalte PKW 2% LKW Übriger Verkehr Industriefeuerungen Industrieprozesse Kleinverbraucher Kraft- und Fernheizw erke Quelle: Umweltbundesamt / IFEU, Heidelberg

10 Kohlenmonoxid (CO) CO-Emissionen des Straßenverkehrs 9 Emissionen in kt je Jahr PKW Gkat PKW Otto Konv PKW Diesel Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg Kohlenmonoxid Emissionen in Kilotonnen je Jahr Straßenverkehr Übriger Verkehr Kleinverbraucher Haushalte Industriefeuerungen Industrieprozesse Kraft- u. Fernheizwerke Gewinnung u. Verteilung v. Brennstoffen Insgesamt Quelle: Umweltbundesamt Haushalte Kohlenmonoxid - Emissionen 1999 Industriefeuerungen PKW 45% Industrieprozesse Kleinverbraucher Kraft- und Fernheizw erke Übriger Verkehr LKW Quelle: Umweltbundesamt / IFEU, Heidelberg

11 Staub und Partikel SO 2 -Emissionen des Straßenverkehrs Emissionen in kt je Jahr PKW Gkat PKW Otto Konv PKW Diesel Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg Staub Emissionen in Kilotonnen je Jahr Straßenverkehr Übriger Verkehr Kleinverbraucher Haushalte Industriefeuerungen Industrieprozesse Kraft- u. Fernheizwerke Schüttgutumschlag Insgesamt Ohne natürliche Emissionen Quelle: Umweltbundesamt Staub - Emissionen 1999 Industriefeuerungen Haushalte PKW 3% LKW Übriger Verkehr Schüttgutumschlag Industrieprozesse Kleinverbraucher Kraft- und Fernheizw erke Quelle: Umweltbundesamt / IFEU, Heidelberg

12 Benzol Benzol-Emissionen des Straßenverkehrs Emissionen in kt je Jahr PKW Gkat PKW Otto Konv Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg

13 Kohlendioxid (CO 2 ) CO 2 -Emissionen des Straßenverkehrs 25 PKW Gkat Emissionen in Mt je Jahr PKW Otto Konv PKW Diesel Sonstige Kfz Otto Sonstige Kfz Diesel Quelle: IFEU, Heidelberg Kohlendioxid Emissionen in Megatonnen je Jahr Straßenverkehr Übriger Verkehr Kleinverbraucher Haushalte Industriefeuerungen Industrieprozesse Kraft- u. Fernheizwerke Insgesamt Quelle: Umweltbundesamt Kohlendioxid - Emissionen 1999 Industriefeuerungen Haushalte PKW 13% LKW Übriger Verkehr Industrieprozesse Keinverbraucher Kraft- und Fernheizw erke Quelle: Umweltbundesamt / IFEU, Heidelberg

14 Emissionen von Kraftfahrzeugen Vor allem durch die Abgasbehandlung durch Katalysatoren konnten die Schadstoffemissionen von Pkw in den letzten Jahren deutlich gesenkt werden. Sowohl durch die Einführung des Drei-Wege-Katalysators als auch dessen Weiterentwicklung und die dadurch mögliche immer weitergehende Absenkung der Emissionsgrenzwerte führen zum Rückgang der meisten vom Pkw emittierten Schadstoffe: Emissionen bei Fahrt in betriebswarmen Zustand in Gramm je km HC NO x Partikel AB ao Io AB ao io AB ao io konv. Benzin US-Kat Benzin Euro 2 Benzin Euro 3 Benzin Euro 4 Benzin konv. Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Krafträder LNF SNF AB Autobahn mit Richtgeschwindigkeit 13 km/h, frei fließender Verkehr ao Hauptverkehrsstraße außerorts, guter Ausbauzustand, gleichmäßig kurvig, io Hauptverkehrsstraße innerorts mit Lichtsignalanlagen, starke Störungen des Verkehrsflusses konv. Fahrzeuge ohne Katalysator US-Kat Fahrzeuge mit Katalysator nach US-Norm LNF leichte Nutzfahrzeuge (Benzin- und Dieselmotoren) bis 3.5t SNF schwere Nutzfahrzeuge (Lkw, Sattelzüge) Beim Kaltstart eines Fahrzeuges arbeitet der Motor hinsichtlich der Abgasemissionen nicht im optimalen Bereich, außerdem wird der Katalysator erst ab ca. 35 C wirksam. Deshalb werden während der ersten km nach dem Anlassen höhere Abgasmengen emittiert als bei betriebswarmen Motor. Diese Startemissionen können durch technische Maßnahmen (z.b. motornaher Vor-Kat) reduziert werden. Startzuschlag in Gramm je Start HC NO x Partikel Konv. Benzin US-Kat Benzin Euro 2 Benzin Euro 3 Benzin Euro 4 Benzin konv. Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Nicht nur beim Betrieb eines Fahrzeuges entstehen Schadstoffe, auch im Stand werden durch Tankatmung (Wärmeausdehnung der Luft im Kraftstofftank, Emission durch Tankentlüftung) Kohlenwasserstoffe freigesetzt. Durch eine Aktivkohlefalle in der Tankentlüftung werden die fahrzeugseitigen Emissionen reduziert. Die Wirksamkeit dieser Systeme wurde in den letzten Jahren verbessert. Nach dem Abstellen verdampfen aus dem Kraftstoff- und Vergasersystem Kohlenwasserstoffe, auch diese zusätzlich freigesetzten Emissionen werden in der Tabelle angegeben. Verdampfung von HC infolge Tankatmung in Gramm je Tag, Fahrzeug nach Abstellen in Gramm je Stopp, Fahrzeug konv. Benzin US-Kat Benzin Euro 2 Benzin.18.3 Euro 3 Benzin.1.17 Die durch technische Maßnahmen am Fahrzeug erreichte Minderung der Emissionen sind bemerkenswert: Schadstoff Ottomotor, ohne Kat Ottomotor, Euro-3! NOx 1 km Fahrt außerorts =! 23 km Fahrt außerorts HC Kaltstart + 5 km Fahrt innerorts + Abstellen = Kaltstart km Fahrt innerorts + Abstellen HC 1 Tag abgestellt = 1 km Autobahnfahrt Quelle: Umweltbundesamt, Handbuch für Emissionsfaktoren

15 Entwicklung der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre die letzten 43 Jahre CO2-Konzentration in ppm Vostoc Law 35 3 Siple Mauna Loa Chr. Geb. die letzten 3 Jahre CO2-Konzentration in ppm Vostoc Law 25 2 Siple Mauna Loa Chr. Geb. die letzten 1 Jahre CO2-Konzentration in ppm Vostoc Law 5 Chr. Geb. Siple Mauna Loa 5 n.chr. 1 n.chr. 1 5 n.chr. 2 n.chr. Vostock: Siple: Law: Mauna Loa: Daten aus einem 3.6 km langen Eisbohrkern von der Vostock Station, östliche Antarktis Daten aus einem 2 m langen Eisbohrkern von Siple Station, westliche Antarktis Daten aus 3 Eisbohrkernen von Law Dome, östliche Antarktis Messungen der Kohlendioxidkonzentration in der Luft, durchgeführt am Mauna Loa auf Hawaii Quelle: Carbon Dioxide Information Analysis Center (

16 Brennstoffzellen Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen arbeiten bei Betriebstemperaturen unter 1ºC. Dabei sind Katalysatoren notwendig, um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit der elektrochemischen Reaktionen sicherzustellen. Verwendete Katalysatoren sowie Elektrolyte erfordern eine vergleichsweise hohe Brenngasreinheit. Alkalische Brennstoffzelle AFC Alkalische Brennstoffzellen (Alkaline Fuel Cell) werden mit wässriger Kalilauge, die durch die Zelle gepumpt wird, als Elektrolyt betrieben. Ein entscheidender Nachteil dieses Elektrolyten ist seine Unverträglichkeit gegenüber Kohlendioxid. Selbst geringe Spuren von mehr als 1 ppm (.1%) verhindern den ununterbrochenen Betrieb der Zelle über längere Zeiträume. Luft kann daher dessen CO 2-Gehalt beträgt 36 ppm nicht genutzt werden. Die Alkalische Brennstoffzelle ist der technisch ausgereifteste Brennstoffzellen-Typ. Sie zeichnet sich durch hohe Wirkungsgrade aus, realisierte Leistungen für AFC liegen im kw- Bereich (1 bis 12 kw). Membran-Brennstoffzelle PEMFC Bei der Membran-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) wird als Elektrolyt eine dünne, gasdichte, protonenleitende Kunststoffmembran eingesetzt. Der für die Ionenleitung notwendige Wassergehalt begrenzt die mögliche Betriebstemperatur der PEMFC auf max. 1ºC. Höhere Betriebstemperaturen sind nur bei Druckbetrieb möglich. Das Brennstoffspektrum ist auf Wasserstoff und Sauerstoff beschränkt, wobei im Unterschied zur AFC auch ein Luftbetrieb möglich ist, was die Einsatzmöglichkeiten der PEMFC deutlich erweitert. Kohlenmonoxid wird jedoch nur in sehr geringen Mengen toleriert, da es ein Katalysatorgift ist. Die PEMFC stellt daher hohe Anforderungen an die Reinheit des zugeführten Wasserstoffes. Beim Einsatz von Erdgas oder flüssigen Kohlenwasserstoffen ist deshalb ein großer technischer Aufwand für die Reformierung der Brennstoffe erforderlich. Der Wirkungsgrad der PEMFC ist vergleichbar mit dem der AFC, die PEMFC weist jedoch höhere Stromdichten auf. Die Leistung derzeit verfügbarer PEMFC-Anlagen liegt im kw- Bereich (bis ca. 25 kw) Direktmethanol-Brennstoffzelle DMFC Als eine Weiterentwicklung der PEMFC ist die Direktmethanol-Brennstoffzelle anzusehen. Die Besonderheit der DMFC besteht im verwendeten Brennstoff; sie kann an der Anode direkt mit flüssigem Methanol (8 bis 9ºC) oder mit Methanoldampf (12 bis 13 C) und an der Kathode mit Luft beaufschlagt werden. Die DMFC stellt deshalb vor allem für den Antrieb von Fahrzeugen eine sehr interessante Alternative dar, da bei ihr Methanol nicht erst durch einen Reformer in Wasserstoff umgewandelt werden muss. Die DMFC befindet sich immer noch im Stadium der Grundlagenforschung und Laborentwicklung (z. B. Material- und Komponentenentwicklung). Der Wirkungsgrad der DMFC liegt derzeit noch unter dem der PEMFC. Mitteltemperatur-Brennstoffzellen Sie arbeiten bei einer Betriebstemperatur von ca. 2 C und sind bezüglich eingesetzter Brennstoffe deutlich flexibler als Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen. Phosphorsaure Brennstoffzelle PAFC Die phosphorsaure Brennstoffzelle (Phosphoric Acid Fuel Cell) wird mit konzentrierter, nahezu wasserfreier Phosphorsäure (als Elektrolyt) in Gelform betrieben. Die Verwendung einer Säure als Elektrolyt erlaubt auf der Brennstoffseite den Einsatz von CO 2-haltigen Gasen. Dadurch eignet sich die PAFC auch zur Stromerzeugung aus Kohlenwasserstoffen, da das bei der Reformierung anfallende CO 2 nicht extra abgetrennt werden muss. Die PAFC wird zumeist mit Wasserstoff aus reformiertem Erdgas als Brennstoff und Luftsauerstoff als Oxidationsmittel betrieben. Der Wirkungsgrad der PAFC ist im Vergleich zu anderen Brennstoffzellen eher niedrig. PAFC-Anlagen (2 kw) werden als einziger Brennstoffzellen-Typ derzeit in nennenswerten Stückzahlen produziert und installiert, so dass erste Praxiserfahrungen vorliegen. Sie sind heute kommerziell verfügbar. Es werden Anlagen im kw- (zumeist 2 kw) sowie im MW- Bereich (bis zu 11 MW) angeboten. Hochtemperatur-Brennstoffzellen Zu den Hochtemperatur-Brennstoffzellen gehören die MCFC und die SOFC. Die MCFC arbeitet in einem noch eher moderaten Temperaturbereich bei ca. 65 C, die SOFC mit ca. 1 ºC bei deutlich höheren Temperaturen. Die einsetzbare Brennstoffbandbreite erweitert sich dabei nochmals deutlich gegenüber der Mitteltemperatur-Brennstoffzelle. Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle MCFC In der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (Molten Carbonate Fuel Cell) wird ein Elektrolyt in Form geschmolzener Karbonate verwendet. Die Ionenleitung erfolgt über Karbonat-Ionen. Sie erlaubt die elektrochemische Umsetzung von H 2/CO- Gemischen. Der Sauerstofftransport von der Kathode zur Brenngasanode erfolgt durch Wanderung von Karbonat-Ionen im Elektrolyten. Die Kathode muss daher mit einem Gemisch aus Luft und CO 2 versorgt werden. Somit muss das Anodenabgas dem Luftstrom beigemischt werden, um einen Kreislauf an Karbonat-Ionen zu erhalten. Dieses sog. Heiß- oder Anoden(ab)gas ist die eigentliche Besonderheit des MCFC- Konzepts. Da Kohlendioxid in die Zellreaktionen der MCFC integriert wird, ist diese sehr gut zur Verstromung kohlenstoffhaltiger Brenngase geeignet. Die MCFC ist dadurch prinzipiell in der Lage, unterschiedliche Brenngase (z. B. Erdgas, Kohlegas, Biogas) direkt zu verarbeiten. Der relativ hohe Wirkungsgrad der MCFC im Vergleich zur PAFC ergibt sich aus dem höheren Temperaturniveau. Die Leistung derzeit verfügbarer MCFC-Demonstrationsanlagen liegt im kw- bis MW-Bereich (bis ca. 2 MW). Oxidkeramische Brennstoffzelle SOFC In oxidkeramischen Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cell) wird ein gasdichterkeramischer Festelektrolyt, etwa yttriumstabilisiertes Zirkondioxid (ZrO 2/Y 2O 3), verwendet. Betriebstemperaturen von bis zu 1 C sind für eine ausreichend hohe Leitfähigkeit des Elektrolyten notwendig. Aufgrund der sehr hohen Betriebstemperaturen können auch CO-haltige Gasgemische (z. B. reformiertes Erdgas, Kohlegas, Biogas) eingesetzt werden. SOFC-Anlagen haben ein hohes Wirkungsgradpotenzial, insbesondere bei Kombination mit Gas- und Dampfturbinen. Die Leistung von derzeitig verfügbaren SOFC- Demonstrationsanlagen liegt im kw-bereich (1 bis ca. 1 kw). Quelle: Bundestags-Drucksache 14/554

17 ADAC Umwelt-Tipp

18 ADAC Umwelt-Tipp

19 ADAC Umwelt-Tipp