H 2 bewegt Elektromobilität mit Wasserstoff und Brennstoffzelle 16. März 2016, Ulm, WBZU

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1 H 2 bewegt Elektromobilität mit Wasserstoff und Brennstoffzelle 16. März 2016, Ulm, WBZU H 2 -Tankstelle Ulm Markus Jenne Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)

2 - 2 - KURZPORTRAIT ZSW

3 ZSW Neue Energietechnologien Angewandte Forschung & Entwicklung: Batterien & Superkondensatoren - Materialien, Produktion Technologies, Systeme, Qualifikation Brennstoffzellen - Technologie, Systeme, Testzentrum Photovoltaik - Dünnschichttechnologie (CIGS) & Anwendungssysteme Erneuerbare Kraftstoffe - Power-to-Gas, Biomasse, Vergasung Energiepolitik & Energiewirtschaft Gemeinnützige Stiftung - 85 % drittmittelfinanziert 240 Mitarbeiter - 3 -

4 - 4 - ZSW Partner

5 DIE GROSSEN HERAUSFORDERUNGEN - 5 -

6 Die großen Herausforderungen Abgasskandal ARD, moma, dwn Krieg um Öl und Gas REUTERS/Bassam Khabie picture-alliance / dpa Klimawandel - 6 -

7 Die großen Herausforderungen Was steckt dahinter? Die Energieversorgung von heute basiert zu mehr als 80%, die Mobilität zu mehr als 95% auf fossilen Energien ARD, moma, Abgasskandal dwn Viele Staatshaushalte hängen dramatisch vom Export fossiler Energien ab Krieg um Öl und Gas REUTERS/Bassam Khabie picture-alliance / dpa Klimawandel - 7 -

8 Anteil Erneuerbare Energien bei Strom, Wärme, Kraftstoff - 8 -

9 Anteil Erneuerbare Energien bei Strom, Wärme, Kraftstoff - 9 -

10 Die großen Herausforderungen WAS IST DIE ALTERNATIVE?

11 Wirkungsgrade erhöhen und Kraftstoff aus Erneuerbaren Energien erzeugen Typische Fahrzeug-Wirkungsgrade (Tank to Wheel): Verbrennungsmotor: % Brennstoffzellen-Elektroantrieb: % Batterie-Elektroantrieb: % Elektro-Fahrzeuge werden betrieben mit Strom oder Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien

12 Wirkungsgrade erhöhen und Kraftstoff aus Erneuerbaren Energien erzeugen Typische Fahrzeug-Wirkungsgrade (Tank to Wheel): Verbrennungsmotor: % Brennstoffzellen-Elektroantrieb: % Batterie-Elektroantrieb: % Elektro-Fahrzeuge werden betrieben mit Strom oder Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien Quelle:

13 Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle mit regenerativem Wasserstoff Mehrere Generationen an BZ-Fahrzeugen seit vielen Jahren erfolgreich im Alltagseinsatz (Flottenerprobung) Erfüllen Kundenanforderungen: Reichweite - schnelles Tanken - Heizung und Klima Serienfahrzeuge: Markteinführung von Toyota und Hyundai hat begonnen Honda folgt ab 2016 Daimler/Nissan/Ford ab 2017 BZ-System von Daimler. (Bild: Daimler) Toyota FCV, Mercedes B-Klasse F-Cell, Hyundai ix35, Honda FCV, Mercedes GLC F-Cell (Bilder: Hersteller)

14 Brennstoffzellen = Energiewandler Brennstoffzellen wandeln Brenngase (Wasserstoff = gut speicherbar) und Sauerstoff (aus der Luft) hoch effizient und schadstofffrei in Strom, Wärme und Wasser um Wasser + Wärme 2e - 2e - H + O 2 Luft O 2 H 2 Brenngas Katalysator Membran

15 Wasserstoff Treibstoff und Energiespeicher Wasserstoff aus Erneuerbarem Strom über Elektrolyse (Power to Gas) Speicherung von Überschussstrom - Netzentlastung Treibstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge Aufbau von Wasserstofftankstellen (heute ca. 200 weltweit, große Regierungsprogramme etabliert) Wartung einer Elektrolyseanlage (ZSW) Wasserstofftankstelle (Hydrogenics)

16 Wasserstoff als Energieträger für Brennstoffzellen // REGENERATIV UND IN GROSSEN MENGEN HERSTELLBAR ÜBER ELEKTROLYSE Antrieb von Automobilen: Standard heute 700bar Drucktanks. Aktuell Modelle von Toyota, Hyundai und Renault ( Symbio ) kommerziell erhältlich. Honda, Daimler, BMW und VW folgen laut Ankündigung. Kritische Stromversorgung: Versorgung durch Druckflaschen(-bündel) Beispiel: in Brandenburg 116 Anlagen im Behördenfunk Flurförderzeuge Schnell Betankung 24/7 Dauerbetrieb kein Batteriewechsel Beispiel: verkaufte Einheiten in den USA

17 Wasserstoff-Tankstellennetz im Aufbau AKTUELL 03/2016: 19 Tankstellen in Betrieb ENDE 2016: 50 H 2 -Tankstellen in Betrieb ZIEL 2023: 400 H 2 -Tankstellen in Betrieb Der Aufbau wird in Deutschland von der Clean Energy Partnership (CEP) koordiniert, einem Zusammenschluss von 19 Industrieunternehmen Air Liquide, BMW, Bohlen & Doyen, Daimler, EnBW, Ford, GM/Opel, Hamburger Hochbahn, Honda, Hyundai, Linde, Shell, Siemens, die Stuttgarter Straßenbahnen SSB, Total, Toyota, OMV, Volkswagen und Westfalen

18 Projekt Wasserstoff-Tankstelle am ZSW Ulm April 2016 ERÖFFNUNG H 2 -TANKSTELLE IN ULM Heidestraße (Linde / Total), Berlin H 2 - Zapfsäule

19 H 2 -Betankungsvorgang Bilder: CEP ( infrastruktur/cep-tankstellen/) Schnelle und sichere Betankung in 3 Minuten durch 700 Bar Technologie Einheitlicher Betankungsstandard

20 BEGLEITFORSCHUNG H 2 -INFRASTRUKTUR-AUFBAU

21 Begleitforschung zu Wasserstoffund Betankungsqualität am ZSW AP1: H 2 -Fuel Station Test Module (H 2 -FSTM) Eichmessungen Probenentnahme- und Abnahmesystem für Wasserstofftankstellen AP2: BZ-Monitor Wasserstoffqualität Schlüsselexperiment zu Brennstoffzelle als H 2 -Qualitätssensor AP3: Gasanalysator Wasserstoffqualität Analysegeräte und Probenentnahme zur Messung der H 2 -Qualität AP4: Öffentlichkeitsarbeit Informationsbereich Ulmer H 2 -Tankstelle, Schulungsdokumente

22 AP1: Anforderungen an das H 2 -Fuel Station Test Module (H 2 -FSTM) Anforderungen zur Tankstellen-Abnahme (CEP): Überprüfung von Tankstellen zur Befüllung von light duty Betankungen 1-7kg H 2 nach SAE J 2601, 70MPa Druck- und Temperaturverlauf innerhalb der Toleranz Grenzwerte zur Abschaltung werden eingehalten IR-Kommunikation über Dispenser einwandfrei Anforderungen aus Förderprojekt: + Mengenmessung Wasserstoff über Waage + Möglichkeit zur Probennahme zur H 2 -Qualitätsüberpüfung + 35 MPa Prüfung

23 AP2: Brennstoffzelle als Sensor für H 2 -Qualität Relativ einfacher Messaufbau - Brennstoffzelle als Sensor liefert konkrete Hinweise auf a) Verunreinigung vorhanden ja/nein b) Art der Verunreinigung (in Entwicklung) c) Menge der Verunreinigung (in Entwicklung) Status: Identifikation geeigneter Brennstoffzellen mit niedriger Pt-Beladung Erarbeitung Betriebsparameter mit guter Sensitivität Schlüsselexperimente: Kennfeld zur Leitverunreinigung CO Vorversuch zur Quantifizierung anhand elektrochemischer Methoden Darauf aufbauend werden nach dem Projekt weiter bearbeitet: - Sensibilität auf weitere Stoffe (S,..) - Zuordnung und Quantifizierung der Stoffe

24 AP2: Exemplarisches Ergebnis Schadgas 1ppm v CO Kennfeld Temperatur- und Konzentrationsabhängigkeit der Zellspannung U (>100mV)

25 AP 3: Gasanalysator für Wasserstoffqualität Festlegung der Anforderungen Erwerb und Installation Gaschromatograph Inbetriebnahme Ermittlung/Erwerb Kalibriergase Erarbeitung erster Prüfabläufe Ermittlung/Erwerb Probenbehälter Erarbeitung erster Beprobungsabläufe Beispiel Chromatogramm: Prüfgas in Wasserstoff: 3000 ppm v Helium 20 ppm v Kohlendioxid 2 ppm v Kohlenmonoxid 20 ppm v Methan 10 ppm v Sauerstoff 1000 v ppm Stickstoff [Hier: Prüfung Permantgase]

26 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Mercedes Benz F-Cell World Tour March 7,