LANGE NACHT DER WISSENSCHAFT 2006 Elektroautos mit Brennstoffzellen-Energieversorgung Antrieb mit Wasserstoff ohne Schadstoffe

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1 LANGE NACHT DER WISSENSCHAFT 2006 Elektroautos mit Brennstoffzellen-Energieversorgung Antrieb mit Wasserstoff ohne Schadstoffe Dipl.-Ing. Andreas Brinner Pfaffenwaldring 38-40, D Stuttgart Tel: ++(0) / 298 / 516 Fax: ++(0) Internet:

2 Vortragsinhalt DLR- Wie kann die Wasserstoff-Kreislaufwirtschaft auf der Erde funktionieren? Was bedeutet es, Wasserstoff aus Wasser gewinnen und zu Wasser zu verbrennen? Wer hat die Brennstoffzelle erfunden? Wie sehen Brennstoffzellen aus? Wie bekommt man elektrische Energie aus Brennstoffzellen? Wie sind Brennstoffzellen in Fahrzeuge eingebaut?

3 Das DLR- in Stuttgart Professor Horst E. Friedrich Innovative Fahrzeugkonzepte in einem nachhaltigen Verkehrssystem Alternative Antriebe & Energiewandlung Kraftstoff- & Energiespeicher Leichtbau & Hybridbauweisen Innovative Techniksysteme Synergie Straßen-/ Schienenfahrzeuge

4 Institutsneubau Gebäude C Einblicke Büroflächen Labore und Werkstätten nicht von FK belegte Flächen Leichtbau-Labore Fügetechnik Smart Systems etc. Prüfstände Antriebsstrang BZ-Prüfstand 100kW Energiemanagement Komponentenprüfung etc Rollenprüfstand Klima, H 2 Leichtbau-Labore Bauteilprüfung etc. Werkstätten EG UG Laborfläche: m 2 Bürofläche: m 2

5 Forschungsfelder Ziele Alternative Antriebe und Energiewandlung Schaffen der Voraussetzungen für energieeffiziente und schadstoffarme Energieversorgungssysteme heutiger und zukünftiger Fahrzeugkonzepte. Kraftstoff- und Energiespeicherung Darstellung von Speicherkonzepten höherer Leistungsfähigkeit, z. B. Energiedichte, Gestaltfreiheit oder Betankung. Leichtbau und Hybridbauweisen Erforschung und Entwicklung neuer Fahrzeugbauweisen unter Berücksichtigung innovativer Werkstoff- und Verarbeitungstechnologien oder Einbeziehung funktionaler Effekte. Innovative Techniksysteme Analyse, Bewertung und Beschreibung von Fahrzeugkonzepten. Ausnutzung von Synergien Straßen-/Schienenverkehr.

6 Evolution der Antriebssysteme im Fahrzeug Technologiestrategien Wirkungsgradoptimierung Kennfeldorientierung Entcarbonisierung Elektrifizierung CO CO 2 -armes 2 -armes Fahrzeug Fahrzeug 2020 Elektrisch Elektrisch angetriebenes angetriebenes Fahrzeug Fahrzeug Hybrid- Hybrid- Fahrzeuge Fahrzeuge 2010 Advanced Advanced APU APU Konventionelle Konventionelle Antriebstechnik Antriebstechnik Wärme- Wärmeund und Klimasysteme Klimasysteme 2000

7 Warum braucht man Brennstoffzellen für Fahrzeuge? Weil man mit derselben Energie fast doppelt so weit fahren kann wie heute

8 Wie kann die Wasserstoff-Kreislaufwirtschaft auf der Erde funktionieren? Elektrische Energie Wasserstoff-Energiekreislauf Elektrische Energie Elektrischer Verbraucher Wasser Brennstoffzelle Erneuerbare Energiequelle Wasser Elektrolyseur Wasserstoff- Tanks Wasserstoff Sauerstoff Elektrische Energie Chemische Energie

9 Vorteile von Wasserstoff und Brennstoffzellen Wasserstoff: 1. Wird aus Wasser gewonnen mit erneuerbarer Energie z.b. Sonnenenergie 2. Ist auf der ganzen Welt verfügbar 3. Verbrennt wieder zu Wasser Brennstoffzellensysteme: 1. Erzeugen elektrischen Strom direkt mit Wasserstoff und Luft-Sauerstoff 2. Erzeugen keine schädlichen Abgase sondern nur Wasserdampf 3. Haben keine beweglichen Teile, verschleißen nicht und können später preiswert hergestellt werden

10 Was bedeutet es, Wasserstoff aus Wasser gewinnen und zu Wasser zu verbrennen? Wasserstoff: Die Energie der Zukunft Wasserstoff Strom Antrieb aller elektrischen Maschinen Sauerstoff Luft Abgas Wasserdampf

11 Was bedeutet Wasserstoff aus Wasser gewinnen und zu Wasser zu verbrennen? Das Prinzip der Brennstoffzelle

12 Wer hat die Brennstoffzelle erfunden? Sir William Grove: Der Erfinder der Brennstoffzelle um 1842 Das ist Sir William Grove und sein Brennstoffzellen- Experiment von 1842 Diese Erfindung wurde gemacht, als man mit Pferdekutschen fuhr und Robert Schumann romantische Klavierkonzerte komponierte.

13 Wie sehen Brennstoffzellen aus? Der Aufbau einer Brennstoffzelle Bild einer Brennstoffzelle Prinzip einer Brennstoffzelle Elektrischer Strom + - Luft Wasserstoff Luft + Wasser Membran Wasserstoff

14 Wie sehen Brennstoffzellen aus? Der Aufbau eines Brennstoffzellenstapels Prinzip eines Brennstoffzellenblocks Bild einer PEM-Elektrode mit Dichtung Bild eines Brennstoffzellen- Blocks mit 40 Zellen

15 Kleinfahrzeuge mit Brennstoffzellen-Energieversorgung Kompaktes Luftversorgungsmodul eines 0,4 kw PEFC-Systems Package-Konzept Funktionsfähiges Systemmodul

16 Wie bekommt man elektrische Energie aus Brennstoffzellen? Ein einfaches Prinzip aber ein komplexes technisches System Wasserstoff-Versorgung Flammsperre Druckanzeige Druckschalter Wasserstoffspeicher- Modul Sicherheits- Ventil Schnellkupplung H2-Speicher Sicherheits- Ventil Druckanzeige Druckschalter Druckanzeige EM-Ventil Abblase- Ventil Luftversorgung EM-Ventil H2 Ein Luft Ein BZ-Block H2 Aus Luft Aus Temperaturschalter Einstellventil Luftverdichter Druckanzeige Druckschalter Druckanzeige Filter Wasserabscheider Brennstoffzellen- Modul Wasser- Ablass Kühlluft- Modul

17 Kleinfahrzeuge mit PEFC-Energieversorgung Neueste Generation eines 0,5 kw N PEFC-System in Modulbauweise Luft-Versorgungsmodul Steuerungsmodul H 2 -Versorgungsmodul PEFC-Systemmodul

18 Kleinfahrzeuge mit H 2 -Luft-Brennstoffzellen-Energieversorgung Vorfeldfahrzeug VFF mit PEFC-Hybridantrieb Fahrsteuerung mit Joystick PEFC-Batterie- Hybridsystem Anhänger- Kupplung Frontantrieb mit 2 Radnabenmotoren Frei bewegliche Hinterräder

19 Kleinfahrzeuge mit PEFC-Energieversorgung Integration eines 0,5 kw H 2 -PEFC System in ein Vorfeldfahrzeug PEFC-Systemmodul Elektroantrieb Luft-Versorgungsmodul H 2 -Speichermodul Steuerungsmodul H 2 -Versorgungsmodul

20 HyLite -Fahrzeug mit Brennstoffzellen-Hybridantrieb Das Firmenkonsortium des HyLite-Projektes

21 Wie sind Brennstoffzellen in Fahrzeuge eingebaut? Ein Elektroauto mit 23 Kilowatt Brennstoffzellen-Energieversorgung Hier sind die Brennstoffzellen So sieht es innen aus

22 HyLite PEFC-Systemintegration Batteriesatz HAWKER Frontkühler AKG Fahrumrichter MES-DEA Leistungsumrichter FhG / DLR Luftfilter MAHLE PEFC-Blöcke NUVERA Wasserstoffspeicher AIR LIQUIDE Zellspannungsmessung SMART Abscheider MAHLE Wasserfilter MAHLE Wasserpumpe DLR / SPECK Wärmeübertrager AKG Magnetventil GSR Vorratsbehälter DLR Ladekühler AKG Kondensator Luftverdichter AKG RIETSCHLE-THOMAS

23 Wie sind Brennstoffzellen in Fahrzeuge eingebaut? Ein Roller für den Strassenverkehr mit 1000 Watt Brennstoffzellen- Energieversorgung

24 Brennstoffzellen-Energieversorgung für Kleinfahrzeuge Elektroroller mit kompaktem PEFC-System Steuerungsmodul Kühlmodul Luftversorgungsmodul PEFC Kernmodul

25 Wir bedanken uns bei Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit! Und nun: Viel Spaß bei der Besichtigung unserer Brennstoffzellenfahrzeuge in Gebäude C! PEFC-Versuchsfahrzeug HyLite Brennstoffzellenroller Vorfeldfahrzeug VFF Fahrerloses Transportsystem FTS