Die wirtschaftlichen Chancen der Brennstoffzellen

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Benedikt Adenauer
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Weinheim, den 09.11.2009 Ulrich Platthaus, 3M Dr.

1 Die wirtschaftlichen Chancen der Brennstoffzellen Forum Technik Journalismus Weinheim, den Ulrich Platthaus, 3M Dr. Silke Wagener, Freudenberg Johannes Schiel, VDMA Brennstoffzellen 1

2 Agenda Vorstellung VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen Die Kunden der Zulieferindustrie Brennstoffzellen Märkte Marktpotential Wer ist aktiv Wirtschaftliche Chancen für die Zulieferindustrie Schlüsseltechnologien und Schlüsselkomponenten Herausforderungen der Brennstoffzellenindustrie Beispiel: Filter für Brennstoffzellen Beispiel: Stackkomponenten Zusammenfassung 2

3 VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen Herrsteller Portabel Neue Märkte Stationär Mobil Zulieferindustrie 3

4 Agenda Vorstellung VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen Die Kunden der Zulieferindustrie Brennstoffzellen Märkte Marktpotential Wer ist aktiv 4

5 Brennstoffzellen: Märkte und Anwendungen Early Markets 10W 15 kw; Energy Source: H2, Methanol Stationary 1-5 kw + > 200 kw Energy Source : Erd-/Biogas Automotive > 30 kw; Energy Source: H2

Marktpotentiale der Brennstoffzellenindustrie Y2015 Anzahl Einheiten Y2020 Marktsättigung Annahmen Marktsättigung Personenwagen 50.000

6 Marktpotentiale der Brennstoffzellenindustrie Y2015 Anzahl Einheiten Y2020 Marktsättigung Annahmen Marktsättigung Personenwagen % der jährlichen globalen Produktion (100 Mio / anno) Stationär % der jährlichen, globalen Produktion Gabelstapler % - 50% der jährlichen, globalen Produktion Wohnmobil % der jährlichen, globalen Produktion 6

7 Systemhersteller Kunden der BZ-Zulieferindustrie Region Asien Brennstoffzellen Systeme Neue Märkte Stationär Mobil Hitachi - bikes ENEOS Celltech China - automotive Panasonic Energy LG Caltex Honda Samsung Panasonic Hyundai Sharp Toshiba FCP Nissan Motor Toshiba MFC / R&D Toyota Motor Europa Nord Amerika P21 Baxi Innotech Daimler Proton Motor Hexis Ford SFC Inhouse Engineering Opel Rittal IRD Peugeot Truma Heiztechnik MTU Onsite Energy VW Volvo Vaillant Hydrogenics FuelCell Energy General Motors Idatech Idatech UTC Power Oorja UTC Power Plug Power Protonex Relion 7

8 Agenda Vorstellung VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen Die Kunden der Zulieferindustrie Brennstoffzellen Märkte Marktpotential Wer ist aktiv Wirtschaftliche Chancen für die Zulieferindustrie Schlüsseltechnologien und Schlüsselkomponenten Herausforderungen der Brennstoffzellenindustrie Beispiel: Filter für Brennstoffzellen Beispiel: Stackkomponenten 8

9 Brennstoffzellen Zulieferindustrie Die wirtschaftlichen Chancen Die Märkte / Anwendungen Portabel Neue Märkte Stationär Mobil Zulieferindustrie - Schlüsseltechnologien - Schlüsselkomponenten 9

10 Schlüsseltechnologien und -komponenten BZ- Anlage Funktionselemente Brennstoff- Versorgung BZ - System Energiemanagement Hauptkomponenten Speicher und Reformer BZ - Stack Wärmetauscher, Leistungselektronik Systemfunktionen Komponenten Gasbrenner, Katalysator, Brennstofferzeugung Gasaufbereitung Restgasentsorgung Druckregelung Brennstoffspeicherung Wärmeaustauscher Druckbehälter, Wärmetauscher, Druckminderer, Regelventile, Sicherheitsabsperrventil, allg. Ventile, Rohre, Sensoren, Hochtemperaturmaterialien, Composite Materialien Befeuchtung Druckregelung Kondensatsteuerung Wasserabscheidung Rezirkulation Spülung BPP, MEA, GDL, Endplatten, Dichtungen, Stackisolierung, Verbindungselemente, Druckregelund Befeuchtungssysteme, Ventileinheit für Absperrfunktionen und Kondensatsteuerung, Wasserabscheidemodul, Verdichter, Pumpen, Schläuche, Luftfilter, leistungsarme Gebläse Kühlung + Wärmeauskopplung, Stromrichtertechnik, Sicherheitsmanagement, Prozesssteuerung Kühler, Temperaturregelsystem, Inverter (Leistungshalbleiter), Wandler, Steuerelektronik, Software, 3-Wege Ventile, Pumpen

11 Schlüsseltechnologien Reformer BoP Komponente Stack Elektrisches Modul Regelung Steuerung Brennstoffversorgung Luftversorgung Wärmemanagement Sicherheitstechnik 11

12 Schlüsselkomponenten Befeuchter Filter Pumpen Balance of Plant Komponenten Wärmetauscher Medienanschlüsse Ventile 12

Herausforderung Brennstoffzellen Filter Relevanz Stacks müssen vor Schadgaseintrag (SO 2, NH 3, NOx, Aerosole) geschützt werden

noch nicht berücksichtigt) 50.000 Personenwagen 50.000 Filter 200.000 Stationär 1 kw 200.000 Filter 10.000 Wohnmobile 10.

Filterkonzepten mit geringem Druckverlust Nächsten Schritte Ermittlung von Spezifikationen Erhöhung der Effizienz von BZ Filtern

13 Herausforderung Brennstoffzellen Filter Relevanz Stacks müssen vor Schadgaseintrag (SO 2, NH 3, NOx, Aerosole) geschützt werden Filter sind essentiell, um die Leistungs- und Lebensdauerziele zu erreichen Fuel Cell Filter Mengengerüste in Y 2015 (Austausch noch nicht berücksichtigt) Personenwagen Filter Stationär 1 kw Filter Wohnmobile Filter Schlüsseltechnologien Hocheffiziente Filtermedien für Partikel und Schadgasfiltration Design von flexiblen Filterkonzepten mit geringem Druckverlust Nächsten Schritte Ermittlung von Spezifikationen Erhöhung der Effizienz von BZ Filtern Standardisierung Wo stehen wir heute Bedeutung der Filtration erkannt Filterkonzepte befinden sich in der Bewertung (Ausrüstung von Feldtests) 13

14 Schlüsseltechnologien Reformer Stack Elektrisches Modul Regelung Steuerung BoP Komponenten Brennstoffversorgung Luftversorgung Wärmemanagement Sicherheitstechnik 14

Stack und Stackkomponenten Bipolarplatte Gasdiffusionsschicht Neue Märkte + Hausenergie: 10-50

15 Stack und Stackkomponenten Bipolarplatte Gasdiffusionsschicht Neue Märkte + Hausenergie: Zellen Mobil + Industrieanwendung: > 400 Zellen Membran Dichtung Katalysator Einzelzelle Stack 15

Herausforderung Brennstoffzellen-Dichtung Relevanz Jede Brennstoffzelle muss abgedichtet werden (2-3 Dichtungen pro Einzelzelle) Dichtung hat einen großen Einfluss auf Leistung, Lebensdauer und

16 Herausforderung Brennstoffzellen-Dichtung Relevanz Jede Brennstoffzelle muss abgedichtet werden (2-3 Dichtungen pro Einzelzelle) Dichtung hat einen großen Einfluss auf Leistung, Lebensdauer und Kosten Mengengerüste in Y Personenwagen 80 Mio. Dichtungen Stationär 1 KW 20 Mio. Dichtungen Wohnmobile 0,4 Mio. Dichtungen Schlüsseltechnologien Brennstoffzellen kompatible Werkstoffe Integrierte Dichtungen Nächste Schritte Aufbau und Investition in Serienfertigung Wo stehen wir heute verschiedene integrierte Dichtkonzepte verwendet Fertigung von Prototypen und Kleinserienfertigung BZ taugliche Werkstoffe eingeführt Investition in Serienfertigung vorbereitet 16

3M 7-Layer Membrane Electrode Assembly Fluorpolymer Technology (Dyneon) Expertise in Filmcoating (3M Germany) Polymer-Ionomer-Design (3M Germany / Dyneon) 1 2 Surface Technology Precision Coating

17 3M 7-Layer Membrane Electrode Assembly Fluorpolymer Technology (Dyneon) Expertise in Filmcoating (3M Germany) Polymer-Ionomer-Design (3M Germany / Dyneon) 1 2 Surface Technology Precision Coating Microreplication Nano Structures Metal Alloys 3 Membrane Surface Chemistry Microstructure Hydrophobic Treatment Surface Interaction Porous materials Anode 4 Cathode Sub-Gasket Gas Diffusion Layer Adhesive Technology Film Treatment Lamination and Assembly Sub-Gasket

Herausforderung Membran-Elektroden-Einheit (MEA) Relevanz Die MEA ist das Herzstück jeder Brennstoffzelle.

stimmen die wesentlichen Funktionsparameter des BZ- Systems, wie z.b.

000 Personenwagen 20 Mio MEA 600.000 m² PEM 200.000 Stationär 1 kw 25 Mio MEA 75.000 m² PEM 10.

000m² Schlüsseltechnologien Hochleistungsbeschichtung Mikroreplikation Oberflächentechnologie

18 Herausforderung Membran-Elektroden-Einheit (MEA) Relevanz Die MEA ist das Herzstück jeder Brennstoffzelle. Die Komponenten der MEA bestimmen die wesentlichen Funktionsparameter des BZ- Systems, wie z.b. Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Einsatzbereich Brennstoffzellen MEA Mengengerüste Personenwagen 20 Mio MEA m² PEM Stationär 1 kw 25 Mio MEA m² PEM Wohnmobile 0,4 Mio MEA=2.000m² Schlüsseltechnologien Hochleistungsbeschichtung Mikroreplikation Oberflächentechnologie Fluorpolymer-Technologie Nanostrukturierung Nanobeschichtung Nächste Schritte Optimierung der Serienfertigungsprozesse Erweiterung des Betriebsbereichs von -40 bis +120 C Wo stehen wir heute Nach ca. 20 Jahren F&E sind serienreife MEA für nahezu alle Einsatzbereiche verfügbar Umfangreiche Feldtests auch im Automobilbereich sind in der Vorbereitung 18

Herausforderung Katalysator (CAT) Relevanz Der Katalysator beschleunigt den elektrochemischen Prozess der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle Der Katalysator bestimmt die Geschwindigkeit, die

000 Stationär 1 kw 140.000 m² CAT 10.000 Wohnmobile 3.

19 Herausforderung Katalysator (CAT) Relevanz Der Katalysator beschleunigt den elektrochemischen Prozess der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle Der Katalysator bestimmt die Geschwindigkeit, die Lebensdauer und die Effizienz des Prozesses Er besteht aus Platin oder Platinlegierungen auf Kohlenstoffträger Brennstoffzellen Katalysator Mengengerüste Personenwagen m² CAT Stationär 1 kw m² CAT Wohnmobile m² CAT Schlüsseltechnologien Mikroreplikation Nanostrukturierung Hochleistungsbeschichtung Oberflächentechnologie Nächsten Schritte Reduktion des Platinanteils Oberflächenvergrösserung Verlängerung der Lebensdauer durch Verzicht auf Kohlenstoff Wo stehen wir heute Eine Vielzahl dispersiver Katalysatoren ist verfügbar Nanostrukturierte Katalysatoren sind in der Einführung 19

000 ha herunter geschrumpft um den Faktor 100.

20 Nanostructured Thin Film Catalysts Ein 50 m²km grosses Weizenfeld oder ha herunter geschrumpft um den Faktor auf = 50 cm 2 MEA für jeden Weizenhalm steht ein nanostrukturiertes Häärchen 20

21 Zusammenfassung Die Brennstoffzellenindustrie ist kein spezifisch deutscher oder europäischer, sondern weltweiter Markt für die Zulieferindustrie; bedeutende Marktsegmente bestehen in allen Industriestaaten Brennstoffzellen Anwendungen benötigen Schlüsseltechnologien, die notwendigen Technologieplattformen müssen entwickelt werden Schlüsseltechnologien werden global benötigt, dies bietet global orientierten Zulieferern aus Deutschland die Chance, im jeweiligen Segment Technologieführer zu werden Innovation ist in einer Vielzahl von Anwendungsfeldern und bei allen Schlüsseltechnologien notwendig Zulieferer der Schlüsseltechnologien finanzieren den enormen Entwicklungsaufwand größtenteils eigenständig, um Technologieführer im globalen Markt zu werden Der Aufbau der Zulieferindustrie wird von Systemherstellern, Bund und Ländern unterstützt, muss aber beschleunigt werden 21

22 Herzlichen Dank Johannes Schiel Geschäftsführer VDMA AG BZ Unter den Linden Berlin Tel.: a.org 22

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