Zero Emission ohne Oberleitung

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1 Quelle: Flickr, chrisbell50000 Zero Emission ohne Oberleitung Technologievergleich Batterie vs Brennstoffzelle Prof. Dr.-Ing., Dietmar Göhlich, Pavel Boev, M.Sc., Ulrich Zimmermann, M.Sc. Fachgebiet Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik Fachgebiet Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

2 Agenda Nichtelektrifizierter Schienenverkehr in Deutschland Übersicht der Speichertechnologien Batterien Brennstoffzelle Laufende Projekte Seite 2

3 Nichtelektrifizierter Schienenverkehr in Deutschland Ca. 40% der Eisenbahnstrecken nicht elektrifiziert insbesondere Nebenstrecken 90% aller nicht-elektrifizierten Strecken in Deutschland sind kürzer als 70 km und 53% kürzer als 40 km Erhebliche Investitionen für Elektrifizierung einer Strecke nötig, rentabel erst ab einem entsprechenden Verkehrsaufkommen. Quelle: FG SFWBB Im Nahverkehr werden emissionsfreie Verkehrsmittel immer wichtiger Quelle: FG SFWBB Seite 3

4 Zero Emission ohne Oberleitung Seite 4

5 Leistungsdichte (W/kg) Energiespeicher: Ragone-Diagramm ICE Energiedichte (Wh/kg) Carbon surface functionalities and SEI formation during Li intercalation, Carbon, Volume 92, 2015, Seite 6

6 Li-Ionen-Batterien Aufbau und Funktionsweise einer Lithium-Ionen-Zelle Laden Negative Elektrode Entladen Positive Elektrode Laden Negativer Stromkollektor (Cu) Entladen Positiver Stromkollektor (Al) Li+-leitender Elektrolyt Reaktionsgleichung: Li 1-x CoO 2 + Li x C 6 LiCoO 2 + C 6 L i C 6 C 6 + L i + + e - C o O 2 + L i + + e - Li C o O 2 Seite 8

7 Li-Ionen-Batterien Übersicht einiger Zellchemien Seite 9

8 Li-Ionen-Batterien Entwicklung Seite 10

9 Li-Ionen-Batterien Antriebssystem Seite 11

10 Herb (2010), Alterungsmechanismen in Li-Ion Batterien und PEM-FC Brennstoffzelle Aufbau von PEM-Brennstoffzelle Seite 12

11 Brennstoffzelle System Brennstoffzellenstack Pumpen Befeuchter Leistungselektronik Kompressor Ventile BZ-Stack Starterbatterie + Drucktank Heizwert von H 2 : 33,3 kwh/kg Drucktank: 1,7 kwh/kg Seite 13

12 Brennstoffzelle Antriebssystem Beschleunigen Beharren Bremsen Brennstoffzellenanlage Wasserstofftank Fahrmotor Antriebswechselrichter & DC/DC-Umrichter Hilfsbetriebeumrichter Batterie Abschlusspräsentation: Wasserstoff für die Schiene Seite 14

13 Pilotprojekte Alstom Transport Deutschland GmbH Coradia ilint Brennstoffzelle und Batterie Ab September 2018 im Fahrgastbetrieb Quelle: Seite 15

14 Pilotprojekte Bombardier Transportation GmbH TALENT 3 BEMU Batterie mit Pantograph Wurde im September 2018 vorgestellt Quelle: rail.bombardier.com Seite 16

15 Pilotprojekte Siemens Mobility GmbH Desiro ML ÖBB Cityjet eco Batterie mit Pantograph Fahrgastbetrieb Mitte 2019 Quelle: Reference Number: IM MOEN Seite 17

16 Pilotprojekte Siemens Mobility GmbH Plattform Mireo Entwicklung eines modularen, skalierbaren Traktionsbaukastensystems mit Brennstoffzelle Die Einsatzreife ist für das Jahr 2021 geplant Quelle: Reference Number: IM MODE Seite 18

17 Pilotprojekte Stadler Pankow GmbH FLIRT Akku Batterie mit Pantograph Fährt ab 2019 auf ausgewählten Strecken Quelle: Seite 19

18 Batterie (vs) Brennstoffzelle Infrastruktur Batterie Oberleitung/ Ladestation Brennstoffzelle Wasserstofftankstelle Nutzung vorhandener Oberleitung + - Reichweite - + Lebensdauer Komplexität Wirkungsgrad + ~0,8 - ~0,5 Seite 21

19 Batterie (vs) Brennstoffzelle (vs) Dieselmotor Kosten- und Umweltbilanz Vergleich sehr komplex hängt von vielen Faktoren ab: Strommix Wasserstoffherstellungspfad Fahrzeuggewicht Fahrzeugleistung Streckenprofil Fahrplan Holistisches Vergleichsmodell wird derzeit an der TUB erarbeitet Seite 22

20 Quelle: Flickr, chrisbell50000 Zero Emission ohne Oberleitung Technologievergleich Batterie vs Brennstoffzelle Prof. Dr.-Ing., Dietmar Göhlich, Pavel Boev, M.Sc., Ulrich Zimmermann, M.Sc. Fachgebiet Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik Fachgebiet Schienenfahrwege und Bahnbetrieb