WBZU - Education and Training Centre Ulm for Innovative Energy Technologies Handwerkskammer = Chamber of Crafts

Transkript

1 Michael Faraday Institution e.v. Brennstoffzellen und Anwendungen Dipl. Ing. (FH) Peter Pioch Weiterbildungszentrum für innovative Energietechnologien der Handwerkskammer Ulm (WBZU) WBZU - Education and Training Centre Ulm for Innovative Energy Technologies Handwerkskammer = Chamber of Crafts

2 Was erwartet Sie? Grundlagen Brennstoffzellen Dipl. Ing. Peter Pioch 1. Funktion und Aufbau eines PEFC-Stacks / Function 2. Komponenten und Funktion eines Brennstoffzellen-Systems / Components 3. Übersicht Brennstoffzellen-Typen / Types 4. Kennlinien und Kenndaten: Strom, Spannung, Leistung, Wirkungsgrad, U-I Kennlinie / characteristic curves, specifications, efficiency, I-U graph 5. Anwendungen im Auto, weitere Anwendungen mobil, stationär Applications mobile, stationary 2

3 1. Funktion und Aufbau eines PEFC-Stacks: Elektrolyt, GDL, Bipolarplatte

4 Geschichtliches zur Brennstoffzelle Frühe Märkte Sir W. Grove Bildquelle: englische Wikipedia Geburt der Brennstoffzelle 1839: Die Entdeckung der Brennstoffzelle durch Sir W. Grove Renaissance der Brennstoffzelle: Raumfahrt 60er Jahre: Entwicklung und Einsatz Apollo- Programm 80er Jahre: Entwicklung und Einsatz für Space- Shuttle-Programm Bildquelle: NASA, gemeinfrei 4 4

5 Geschichtliches zur Brennstoffzelle Frühe Märkte Seit ca.1990: Wiederentdeckung der Brennstoffzelle Seit ca.2000: Prototypen und Vorserienprodukte Derzeit stehen bereits kommerziell erhältliche Produkte zur Verfügung. Andere stehen vor der Markteinführung. Direktmethanolzelle Unterbrechungsfreie Stromversorgung PKW Hausenergieversorgung 5 Bildquelle: SFC Energy AG, WBZU, Daimler, Baxi 5

6 Funktionsprinzip am Beispiel der PEFC Rest-Brenngas Wasser H 2 O H H O H H O Anode (-) - H 2 H + H + H + Elektrolyt H + - H + O 2 Kathode (+) H 2 H 2 Brenngas (H 2 ) Katalysator O 2 Oxidationsmittel (Luft / O 2 ) 2 H 2 Anode 2H 2 4H + + 4e Gesamtreaktion Membran + 4H 2H2 + O2 2H2O Kathode + - O2 + 4H + 4e 2H2O Quelle: eigene Darstellung (T.Aigle, WBZU) O 2 2 H 2 O 6

7 Der kleine aber feine Unterschied... e - Knallgasreaktion: + + sehr viel Wärme e - e - Kontrollierte elektrochemische Reaktion H elektrische und thermische Energie e - kontollier t 2H2 + O2 2H2O + elektrisch e Energie + Wärme 7

8 Stackaufbau PEFC - 1 H 2 H 2 H 2 Endplatte Bipolarplatte Bipolarplatt e Endplatte Bild: PEM-Brennstoffzelle (ZSW-Ulm) EME GDL Schaltet man mehrere Einzelzellen in Reihe, so spricht man von einem Brennstoffzellenstack (Stapel). Die Spannungen der Einzelzellen addieren sich zur Gesamtspannung. 8

9 Begriffe Stackaufbau 1. Elektrolyt (Membran) Sorgt für den Ionentransport und trennt Anode und Kathode. 2. Elektroden Hier finden die elektrochemischen Reaktionen statt. 3. EME / MEA = membrane electrode assembly Elektrode Membran Einheit: Herzstück der Brennstoffzelle. 4. Gasdiffusionslagen / gas diffusion layer Sind für die Versorgung und Verteilung der Reaktionsgase notwendig. 5. Bipolarplatten Feine Kanäle in den Platten sorgen für die Zufuhr und Verteilung von Wasserstoff und Sauerstoff. Außerdem dienen sie als Elektronensammler. 9

10 1. Elektrolyt / Membran Anforderungen an den Elektrolyten (hier: Membran): gasdicht gute Protonenleitfähigkeit geringe elektrische Leitfähigkeit stabil gegen Sauerstoff und Brennstoff (z. B. H 2 ) hohe mechanische Stabilität Struktur von Nafion Material/Eigenschaften: Membran aus Polyperfluorsulfonsäure 30 bis 175 µm dick Protonenleitfähigkeit s 0,2 S/cm (Nafion 117, 100%RH, 50 C) 10

11 2. Elektroden Anforderungen an die Elektroden: gute elektrische Leitfähigkeit große Kontaktfläche mit dem Elektrolyten (hohe Oberfläche) gute Transporteigenschaften für Gase gute Transporteigenschaften für Ionen (H + ) gute katalytische Eigenschaften stabil gegen H 2 und O 2 Material: Anode: Pt/Ru (0,4 mg/cm 2 ) auf Kohlenstoff Kathode: Pt (0,4 mg/cm 2 ) auf Kohlenstoff Bild: REM Aufnahme einer Elektrode (ZSW-Ulm) 11

12 3. Elektroden Membran Einheit (EME) Verbindung der Membran mit den beiden Elektroden Elektrolytschicht Katalysatorschicht Gasdiffusionsschicht Reaktionsort: 3-Phasengrenze Photo einer EME Kohlepartikel katalysatorbelegte Kohle Katalysatorpartikel (z. B. Pt 1,5-5 nm) Polymerelektrolyt 12

13 4. Gasdiffusionslage (GDL) Anforderungen an die Gasdiffusionslage (GDL): gute Transporteigenschaften für Gase Bereitstellung von Wasser an der Anode Abtransport von Reaktionswasser an der Kathode gute elektrische Leitfähigkeit Bild: REM Aufnahme einer GDL (ZSW) Material: graphitisiertes Papier hydrophobisiert (tefloniert, Belegung ca. 25%) 13

14 5. Bipolarplatte Anforderungen an die Bipolarplatten: gasdicht gute elektrische Leitfähigkeit stabil gegen Sauerstoff und Brennstoff mechanische Stabilität flächige Zuführung der Reaktionsgase an GDL Material/Eigenschaften: Graphit-Composit-Thermoplast gute chemische Stabilität geringe Material- und Fertigungskosten Mäander- oder Netz-Flowfield Alternativen: Graphit Edelstahl Aluminium Titan Bild: Graphit-Composit BBP (ZSW-Ulm) 14

15 2. Komponenten und Funktion eines Brennstoffzellen- Systems / Components and function

16 Komponenten Brennstoffzellen-BHKW Bild: Labor WBZU (Heliocentris HP300) Quelle: Fa. Heliocentris / P. Pioch

17 3. Übersicht Brennstoffzellen-Typen / Types

18 Eigenschaften Brennstoffzellen-Typen AFC PEFC DMFC PAFC MCFC SOFC <100 C bis 1000 C Temperatur niedrig hoch Platin Metalle Kat. Material edel Weniger edel H 2 C n H m Gasanforderung Reinstgase Weniger rein 40-50% 50-60% Zell-Wirkungsgrad niedrig hoch Reformer Interne Ref. Systemkomplexität hoch niedriger Sekunden Stunden Start-Up-Time sofort hoch Dynamik hoch niedrig Quelle: eigene Darstellung (T.Aigle, WBZU) 18

19 Welcher Typ für welche Anwendung? Source: Jörissen/Garche 2000,17. Own additions 19

20 4. Kennlinien und Kenndaten: Strom, Spannung, Leistung, U-I Kennlinie

21 Kalte und Warme Verbrennungen Warme Verbrennung (Wärmekraftmaschine): unkontrollierter Reaktionsverlauf die freiwerdende Wärme wird auf ein Arbeitsmedium übertragen (z.b. Wasser, Wasserdampf) das Arbeitsmedium durchläuft einen Kreisprozess und treibt eine Turbine mit Generator an Brennstoff Wärme Bewegung Elektrizität Kalte Verbrennung (Brennstoffzellen): kontrollierter Reaktionsverlauf (keine Flamme) direkte Umwandlung von chemischer in elektrische Energie Umweg über ein Arbeitsmedium ist nicht notwendig! H O H Brennstoff Turbine Elektrizität Generator - 21

22 Energiebilanz einer Brennstoffzelle In einer Brennstoffzelle wird die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie in Elektrische Energie und Wärmeenergie umgewandelt. Brennstoffenergie = elektrische Energie + Wärmeenergie Sauerstoff/Luft Wasserstoff BZ Wärme Elektrizität Wasser Heiz- und Brennwert / Reaktionsenthalpie Die Brennstoffenergie wird bei der Verbrennung des Brennstoffs als Reaktionswärme frei. In einer Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff, pro mol Wasserstoff wird eine Energiemenge von 286kJ freigesetzt. Dieser Wert wird als Reaktionsenthalpie H oder bei konstantem Druck als Heizwert bezeichnet. 2H2 + O2 2H2O, ΔHO = KJ/mol 22

23 Faraday s law 23

24 Wirkungsgradvergleich WKM und BZ Theoretischer Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine (Carnot Wirkungsgrad): η c T max min = = 1 T T max T T min max T max : Maximale Prozesstemperatur ( Dampftemperatur ) T min : Minimale Prozesstemperatur ( entspannter Dampf ) Theoretischer Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle: η Max, BZ = ΔG(T) O ΔH ΔH - T ΔH ΔS = 1 T ΔS ΔH 24

25 Theorie: Wirkungsgradvergleich WKM und BZ 100% theoretischer elektrischer Wirkungsgrad [%] 75% 50% 25% H2-O2 Brennstoffzelle 0% Tempeperatur [ C] WKM, Carnot (T2=100 C) eigene Darstellung Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen arbeiten bei einem niederen Temperaturniveau schon effizient! 25

26 Und wie sieht die Praxis aus? 26

27 U-I Kennlinie 1 U G = U 0 Zellspannung U U H U N U Z U U rev U N U D U R U Diff I Z Zellstrom I U= U rev + U N + U D + U R + U Diff eigene Darstellung (T.Aigle, WBZU) 27

28 U I Kennlinie einer Einzelzelle eigene Messung, WBZU

29 5. Anwendungen im Auto

30 eines Morgens auf dem Weg zur Arbeit: Stellen Sie sich vor: Sie möchten noch schnell tanken und finden diese Situation vor: 30

31 So mir geschehen am 2. Mai

32 Ich konnte tanken. Gas kommt per Pipeline. 32

33 Umweltfreundlichkeit der Erdgasfahrzeuge Erdgas ist umweltfreundlich. Quelle. P.Pioch, WBZU Biogas saubere Antriebskraft In Zukunft können wir Biogas verwenden, was besonders umweltfreundlich ist. 33

34 Pionierzeit Quelle. Wikipedia Der Twike etwas für Individualisten. Nicht für die Masse. 34

35 Und nun. Sehr alternative Antriebe.. 35

36 Holzvergaserautos / wood gasifier car Technical supervision passed Quelle. 36

37 Holzvergaserautos Helena och Lars gillar att åka med sin gengasbil. Det är billigt, och så träffar man så manga roliga människor, sägar de. Quelle: Husvagn & Camping 7/03 Helena und Lars lieben es mit ihren Holzvergaserauto zu fahren. Das ist billig, und dabei trifft man so viele lustige Menschen, sagen sie. (Die beiden fahren wöchentlich die Entfernung von 270 km zwischen Haus und Sommerhaus) Quelle. 37

38 Überblick Innovationscluster Verbrennungsantrieb Benzin/Diesel (Cluster 1) + hohe Reichweite, hohe Leistung, Erfahrung, Infrastruktur - Stickoxide, Kohlendioxid, Wirkungsgradpotential nahezu ausgereizt Verbrennungsantrieb Wasserstoff (Cluster 2) + Geringere bis nahezu keine Schadstoffemissionen - Wirkungsgrad, Infrastruktur Mercedes E320 Bluetec Hybridantrieb (Cluster 3) + Emissionsverhalten, hohe Reichweite - komplexes Systemkonzept, hohes Gewicht BMW Hydrogen7 Elektrofahrzeug Batteriebetrieb (Cluster 4) + Sehr hoher Wirkungsgrad, lokal emissionsfrei - geringe Reichweite, hohes Gewicht, Ladezeit Toyota Prius Elektrofahrzeug Brennstoffzelle (Cluster 5) + Hoher Wirkungsgrad, lokal Emissionsfrei - komplexe Technik, Infrastruktur Einführung Daimler f-cell Mitshubishi 38

39 Varianten der Hybridfahrzeuge Quelle: e-mobil-bw.de 39

40 Brennstoffzellen Plug-in Fahrzeug Ein Brennstoffzellen Fahrzeug hat eine Batterie für z.b. 50 Fahrkilometer. Diese wird für Kurzstrecken - Fahrten zur Arbeit etc. genutzt und nach Verfügbarkeit einer Tankstelle geladen. Bei längeren Fahrten wird bereits bei Fahrtbeginn dies der Steuerung vom Auto per Knopfdruck mitgeteilt. Die Batterie wird dann bei 75% SOC als Puffer genutzt und die Brennstoffzelle gestartet. Die Brennstoffzelle dient als Range Extender und erlaubt Reichweiten ähnlich einem Erdgasauto. Quelle: e-mobil-bw.de, bearbeitet 40

41 Elektromobilität Vielfältige Lösungen H2 Mild Hybrid Full Hybrid Plug-In Hybrid Brennstoffzellen- E-Fahrzeug Batterie-E- Fahrzeug Reichweite (elektrisch) Start / Stopp ca. 2 km bis 50 km ca. 500 km km elektrisch fahren Nutzung Erneuerbarer Energien Strom H 2 aus EE Strom Infrastruktur Betankung Einsatz beliebig (ideal für Stadt- und Regionalverkehr) beliebig Stadtfahrzeug Emission Quelle: ZSW

42 Gesamtwirkungsgrad BZ-Auto (Bsp. Daimler) 100 % H 2 62,2 % BZ-Ausgang 37,8 % Abwärme 45,8 % Umrichtereingang 37,7 % Rad 16,4 % Nebenaggregate 8,1 % Umrichter, Motor, Getriebe, Differential Quelle: Daimler ,7 % Gesamtwirkungsgrad Tank-Rad A-Klasse, B Klasse 45 % 42

43 Konzepte für BZ-Fahrzeuge Daimler entwickelte einen Prototypen (Necar5) mit einem Methanol-on-Bord- Reformer. Fast alle Fahrzeughersteller (auch Daimler) konzentrieren sich auf direkte Wasserstoffspeicherung. Die meisten Fahrzeuge nutzen Druckwasserstoff. Stand der Technik sind 350-bar und 700-bar-Tanks. Flüssigwasserstoff wird in Kryogentanks gelagert. Wasserstoff verflüssigt sich bei -253 C. 2. Brennstoffzellen-Fahrzeuge Quelle: Aigle/Marz 2006, 85 43

44 Beispiel: B-Klasse mit Brennstoffzelle Next generation of the fuel cell-power train: A-Class F-Cell Higher stack lifetime (>2000h) Increased power Higher reliability Freeze start ability Li-Ion Battery B-Class F-Cell Vehicle Type Fuel Cell System Engine Fuel Range Top Speed Technical Data Mercedes-Benz A-Class (Long-Version) PEM, 72 kw (97 hp) Engine Output (Continuous / Peak): 45 kw / 65 kw (87hp) Max. Torque: 210 Nm Hydrogen (35 MPa / 5,000 psi) 105 miles (170 km / NEDC) 88 mph (140 km/h) [km] Range +150% Size - 40% Consumption - 16% [l/100km] Power +30% Vehicle Type Fuel Cell System Engine Fuel Range Top Speed Technical Data Mercedes-Benz B-Class PEM, 80 kw (108 hp) IPT Engine Output (Continuous/ Peak) 70kW / 100kW (136hp) Max. Torque: 320 Nm Hydrogen (70 MPa / 10,000 psi) 250 miles (400 km) 106 mph (170 km/h) Battery NiMh, Output (Continuous / Peak): 15 kw / 20 kw (27hp);Capacity: 6 Ah, 1.2 kwh [kw] Battery Li-Ion, Output (Continuous/ Peak): 24 kw / 30 kw (40hp); Capacity 6.8 Ah, 1.4 kwh Quelle: Daimler AG, Dr. Wind 44

45 Komponenten eines H 2 BZ-Fahrzeugs Beispiel: f-cell A-Klasse von Daimler Quelle: Stauch 2005 Ein BZ-Fahrzeug ist ein Elektrofahrzeug (keine Verbrennung): Neue Anforderung an Hersteller, Zulieferer und Handwerk Einsatzfelder 45

46 Brennstoffzellensystem Xcellsis TM HY-80 Stromverteilungseinheit Brennstoffzelle (80 kw) Systemmodul Steuerungseinheit Kühlmittelpumpe Quelle: Tillmetz/Benz 2006 Einsatzfelder 46

47 Daimler f cell B Klasse Quelle: blog.mercedes-benzpassion.com Das Bz System ist deutlich kleiner, aber immer noch unterhalb des Fahrers / Beifahrer 47

48 Daimler f cell B Klasse Quelle: blog.mercedes-benzpassion.com Die Hochvolt Batterie unterhalb des Kofferraums 48

49 Daimler f cell B Klasse Quelle: blog.mercedes-benzpassion.com Drei 700 bar Tanks zwischen Bz-System und vor der Hinterachse, geschützt gegen äußere Einflüsse 49

50 Daimler f cell B Klasse Quelle: blog.mercedes-benzpassion.com Vorne Bordelektronik, Kühlsystem und konventionelle Technik, z.b. Bremssystem. 50

51 Das neue System von Daimler für konventionellen Einbau Der Stack hat handliche Ausmaße erreicht. Die Leistung dürfte bei kw liegen. Die orangenen Kabel führen den Strom ab. Unten ist der Antrieb zu sehen. Quelle: Fotos bei der World of Energy Solutions, 2014, Stuttgart, Stand Daimler 51

52 Das neue System von Daimler für konventionellen Einbau Am unteren Ende der orangenen Kabel der Zugang zur Leistungselektronik. Quelle: Fotos bei der World of Energy Solutions, 2014, Stuttgart, Stand Daimler 52

53 Das neue System von Daimler für konventionellen Einbau Dieses neue System ist durchaus kompakt und mit einem herkömmlichen Motor vollkommen zu vergleichen. Quelle: Fotos bei der World of Energy Solutions, 2014, Stuttgart, Stand Daimler 53

54 700 bar Tank der Firma Magna Steyr Links ist der Befüllanschluss. Jeder Tank hat einen elektrischen Anschluss für ein NC Ventil. Nur wenn das Bz- System in Betrieb ist, wird das Ventil geöffnet. Quelle: Fotos bei der World of Energy Solutions, 2014, Stuttgart, Stand Magna Steyr 54

55 Brennstoffzellenbusse 27 Citaro-Busse wurden zwischen 2003 und 2005 in 9 europäischen Städten getestet. Aktuell Einsatz in Hamburg, Stuttgart Stack-Technologie von Ballard: Zwei Module MK902 Heavy Duty mit 300 kw Tanksystem 9 CGH 2 -Behälter mit 350 bar können 1845 Liter speichern. Reichweite 200 bis 250 Kilometer Höchstgeschwindigkeit ca. 80 Kilometer Quelle: Fuel Cell Bus Club

56 H 2 -Tankstellen - weltweit Bilder: H 2 -Tankstelle am Stuttgarter Flughafen Quelle: H2stations.org (LBST 2011) 186 Tankstellen weltweit! Stand März 2014 Wasserstoff 56

57 Test von Brennstoffzellen Autos in Oslo am Oslo citizens drove new fuel cell vehicles About people got a chance to see the latest FCEVs brought to Oslo by the EU-project H2moves Scandinavia. After a new hydrogen station had been opened on Monday 21st in Oslo, the public was invited to test low-carbon cars to make sure that they offer the same comfort and luxury as more conventional vehicles. - 4 Mercedes-Benz B-Class F-CELL, - 2 Hyundai ix35 FCEV and Quelle: Th!nk City Cars with fuel cell range extender The vehicles were offered for a free test-drive to everyone showing their driver s license on November

58 Viele Fahrten mit wenig Kilometern! ca. 80% fahren täglich weniger als 80 km z.b. Elektro-SMART Brennstoffzellen- Auto z.b. Plug-In-Prius z.b. Prius II 50% fahren täglich weniger als 40 km 58

59 Batterie oder Elektroauto oder beides? 59

60 Brennstoffzellen Fahrzeuge (Quelle: Mercedes concept BlueZERO Modulares Konzept Batterie Brennstoffzelle Batterie und Benzinmotor Präsentation Propulsion concept: Fuel Cell- Hybrid with Battery and plug-in charging: 80 kw AFCC PEMFC, Li- Tec lithium-ion-battery (35 kwh) and 70 kw permanent magnet synchronous motor (320Nm) 60

61 Brennstoffzellen Fahrzeuge (Quelle: cep) Modell: B-Klasse F-CELL Anzahl: 90 Antrieb: Brennstoffzelle Betankung: gasförmiger Wasserstoff, 700 Bar Leistung: 100 kw Höchstgeschwindigkeit: 170 km/h Reichweite: ca. 400 km 61

62 Brennstoffzellen Fahrzeuge (Quelle: cep) Modell: Ford Focus Brennstoffzelle Anzahl: 3 in Deutschland Antrieb: Brennstoffzelle Betankung: gasförmiger Wasserstoff, 350 Bar Leistung: 65 kw Höchstgeschwindigkeit: 137 km/h Reichweite: ca. 320 km 2009 eingestellt 62

63 Brennstoffzellen Fahrzeuge (Quelle: Honda, FCX Clarity Max. Output 95 kw Type Honda PEM fuel cell Output 100 kw Type Compressed hydrogen Fuel Storage High-pressure hydrogen tank (350 bar = 35 MPa) Tank Capacity 171 litres Top speed 160 km/h (100 mph) Energy storage Lithium Ion battery Vehicle range 570 km 63

64 Brennstoffzellen Boote (Quelle: Alsterwasser Prototyp 100 kw electrical engine Derzeit fehlt die Wasserstoff - Tankstelle 64

65 Brennstoffzellen Boote (Quelle: PEMFC: 1.2 kw (24V) NEXA (Ballard) and batteries (108 Ah, 24V); two electric motors (672 W, 24 V, 28 A each); controller supplied by isle GmbH (developed for the Nexa 1200 FC module) Storage Two CGH 2 tanks: each 20 MPa, 20 l volume / 38 kg weight, 3.6 Nm³ H 2 (5.0) Range, consumption > 60 km Top speed, acceleration 4-5 kts (about 8-9 km per hour) Prototyp 65

66 Brennstoffzellen U - Boot Bild: marine.de PEMFC: 306 kw Metallhydridspeicher, diese benötigen die Abwärme der Brennstoffzelle um den Wasserstoff frei zu geben. Das Boot fährt damit ohne Wärmesignatur 66

67 Gabelstapler mit Brennstoffzelle Quelle: still.de 67

68 Vergleich Brennstoffzelle zu Batterie Brennstoffzellen Powerpack Batterie 6PzS840 Dimension: Länge 855 mm 855 mm Breite: 1028 mm 999 mm Höhe: 784 mm 784 mm Gewicht: 1150 kg 2178 kg Leistung: (Maximal/15s) 30 kw Leistung (Dauer): 10 kw 12 kw Nennspannung: 80 V 80 V Energieinhalt: 25 kwh 50 kwh Quelle: still.de 68

69 Vorteile Kein Batteriewechsel nötig kurzer Stopp zum Tanken Minimierte Unterbrechungen des Einsatzes Eine Betankung des Wasserstofftanks im Stapler dauert nur 5 Minuten.. Problemloser Mehrschichtbetrieb Volle Leistung bis zum Ende des Wasserstoffvorrates Saubere Energie Der Betrieb eines Staplers mit Wasserstoff hat keinerlei Schadstoffausstoß zu Folge. Als Abgas der Reaktion von Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft tritt lediglich reines Wasser in Form von Wasserdampf aus. Quelle: still.de 69

70 Züge mit Brennstoffzelle Die Elektrifizierung einer Bahnstrecke ist teuer und sehr zeitaufwändig. Eine wirkliche Auslastung ist nur bei einer Mindestzahl von Zugfahren pro Tag gegeben. Die Alternative sind Dieselloks, die aber Schadstoffe emittieren, was besonders im Stadtzentrum lästig ist. Eine Alternative sind Züge mit Elektromotor und Brennstoffzelle als Stromlieferant. Ein netter Versuch: UoB Hydrogen Locomotive der University of Birmingham, Gewicht der Lok: 320 kg Antrieb 1,1 kw PEM Bz mit Metallhydridspeicher Gesamtgewicht der Anhänger inkl. Last: 4000 kg

71 Alstom Pressemitteilung, September

72 Südbahn Die nicht elektrifizierte Strecke von Ulm bis Friedrichshafen ist 104,4 km lang. Die Elektrifizierung ist seit langem geplant, wurde aber immer wieder vertagt. Eine Verwendung von Zügen mit Brennstoffzellen könnte die Elektrifizierung überflüssig machen. Voraussetzung ist, dass die geplante Nutzung möglich ist. Der Leistungsbedarf ist bis etwa 1500 kw, das ist mit der Kaskadierung einiger Bz- Systeme möglich. Ein H 2 Tank mit 1000 Nm³ Inhalt kann dem Zug eine Fahrdauer von etwa 1 h bei Volllast ermöglichen. 72

73 Herausforderung Bordstrom bei LKW LKW benötigen eine Bordstromversorgung die auch im Stand zur Verfügung steht. Speziell bei Trucks mit Schlafkabine oder Kühltransportern wird ständig Strom benötigt. Eine APU (auxiliary power unit) kann das Problem lösen. Bei Leistungen im niedrigen kw Bereich muss der Strom für Geräte und evtl. Klimatisierung zur Verfügung gestellt werden. Brennstoffzellen sind extrem leise und können umweltfreundlich aus dem Diesel auf elektrochemischem Weg Strom erzeugen. Quelle: PowerCell Sweden AB 73

74 Funktionsweise der Bz - APU Erdgas: CH 4 Benzin: CH 2,25 Diesel: CH 2,5 Kerosin: CH 2,2-2,3 Methanol: CH 3 OH 74

75 Stationäre Systeme - lange Überbrückungszeit hohe Leistung System Jupiter von FutureE 4 kw Dauerlast bis 8 kw in einem Schrank möglich Aufbau in Modulen zu je 2 kw 48 Volt für DC Stromschiene Versorgung mit Wasserstoff aus Druckgasflaschen Hybridisierung mit Batterien und/oder Superkondensatoren Lebenserwartung: Einsatzstunden bei mindestens 10 Jahren Einsatzdauer 1 H 2 Bündel, 12 x bar ~ 216 kwh el Quelle: WBZU Indoor oder Outdoorgerät, je nach Wahl des Schrankes, auch Containerlösung 75

76 Sichere Stromversorgung und Brandschutz PAFC Versorgung eines Rechenzentrums, Kühlung und Brandschutz Brennstoffzellensystem im Dauereinsatz kw el PAFC - Netzparalleler Betrieb - 50 kw th auf 55 C Quelle: N 2 telligence - 50 kw th auf 90 C - Über Kraft-Wärme-Kälte Kopplung Erzeugung von Kälte für Klimatisierung möglich. (40 kw statt 90 Grad Wärme) - Erdgasbetrieb - Voraussichtliche Betriebsdauer 15 Jahre 76

77 Inertisierungskurve Quelle: N2telligence 77

78 Erstickungsgefahr bei Sauerstoffmangel Limit für Bz- Systeme Quelle: Gefährdungsportal der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) 78

79 DBFC Direkt Borhydrid Bz Diese DBFC wurde von der Firma Velleman vertrieben. Sie diente als Notstromversorgung eines Handys oder Iphone. Über 30 Stunden wird eine Leistung von 1 Watt abgegeben. Systeme dieser Art werden bereits von verschiedenen Anbietern vertrieben Zum Einsatz kommt das Gerät bei entladenem Akku. Der Preis liegt bei 30 Euro. Quelle: P.Pioch, WBZU 79

80 Status quo Bz- Hausenergieversorgung

81 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen? 81