Wasserstoff für die Energiewende Prof. Dr. Peter Tromm

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1 Wasserstoff für die Energiewende Prof. Dr. Peter Tromm 25. Januar 2018 FHO Fachhochschule Ostschweiz

2 Agenda Überblick Energiequellen Wasserstoff als Energiespeicher Verbrennung von Wasserstoff Anwendungen Stand heute Fragestellungen zu Wirtschaftlichen Auswirkungen Energie aus dem Weltall [weltderphysik.de] 1

3 Nachhaltigkeitsziele bei der Energiewende direkter Bezug zu nachhaltiger Energie indirekter [UN] 2

4 Erschöpfliche gegen nachhaltige Energiequellen [VSE Verband Schweizerischer Elektrizitätswerke] 3

5 Energieträger Energieträger Erdöl Erdgas Kohle Kern- Energie Erneuerbare Energien CH, in % Produktionsmix [BFE 2016] 4

6 [KIT, Dr. W. Tromm, Sicherheitsspezialist für Kernenergieanlagen] 5

7 Erneuerbare Energien Erneuerbarer Strom aus Wasser, Wind und Sonne stellt folgende Herausforderungen: Kein Bandstrom durch diese Arten der Produktion Sehr unregelmässig und unvorhersagbar anfallender Strom (Jahreszeiten, Klima, Wetter, Region etc.) Starke Preisschwankungen durch zeitweilige Überangebote an Strom Derzeitiger Strompreis der Wasserkraft nicht haltbar Zeitweilige Überlastung der Verteilnetze Frage nach Speichermöglichkeiten 6

8 Möglichkeiten zur Energiespeicherung Energiespeicher mechanisch elektromagnetisch elektrochemisch thermisch Pumpspeicher Schwungrad Druckluft Batterie Wasserstoff Methan etc. Wärme Kondensatoren Supercaps [eig. Darst., nach M. Höckel] 7

9 Wasserkreislauf Elektrolyse mit erneuerbarer Energie Drucktank Wasser H 2 O Wasserstoff H 2 & Sauerstoff O 2 Verbrennung mit Brennstoffzelle Luft 8

10 Prinzip einer Brennstoffzelle H 2 aus Drucktank O 2 aus Luft Platin- Elektrode H + +e - Membran H + Platin- Elektrode H 2 O e - 9

11 Brennstoffzelle PEM-FC Proton Exchange Membrane Fuel Cell Protonenaustausch-Membran Brennstoffzelle C Arbeitstemperatur Wirkungsgrad etwa 35% «Abfall» nur Wasser Sauerstoff vorher hergestellt 10

12 Geplante Verbote von Verbrennungsmotoren (Benzin & Diesel) Grossbritannien Ab 2040 Verbot von Neu-Fahrzeugen mit Benzin/Diesel-Motor Frankreich Noch kein Datum für Verbot, aber Förderung von Wasserstoff- u. Elektro-Fz. Norwegen Ab 2025 nur noch Verkauf von Fahrzeugen mit 0 Emissionen China Noch kein Datum für Verbot, aber Förderung von Elektro-Fahrzeugen Indien Ab 2030 (geplantes) Verbot von Neu-Fahrzeugen mit Benzin/Diesel-Motor 11

13 Anwendungsgebiete: mobil und stationär [energie-experten.ch] 12

14 Technik Drucktanks: Sicherheit: Tankvorgang: Verbrauch: Energieinhalt: FC-Einheiten: LKW 350 bar Auto 700 bar laut Tests sicherer als Benzintanks, Sollbruchstelle Ventil, Wasserstoff leichter als Luft Dauer ca. 3 4 Min. bei Auto Auto 1 Kg H 2 pro 100 Km (Hyundai) Zug 30 Kg H 2 pro 100 Km (Alstom) 1 Kg H 2 = etwa 7 l Benzin) ca. 100 KW Leistung pro Einheit Für höhere Leistung mehr Einheiten Drucktank Coop Tankstelle Hunzenschwil 13

15 Wirtschaftlichkeit und Nutzen von Wasserstoff Unter welchen Bedingungen des Marktes und der Politik kann Wasserstoff in Wasserkraftkantonen wirtschaftlich hergestellt werden? Produktionskosten von H 2 mittels Solarenergie ca. CHF 6 pro kg Erstellungskosten einer Tankstelle in der Schweiz ca. CHF 1 Million Verkaufspreis pro kg H 2 bei etwa CHF 9-10 (DE: ca. EURO 10) Ist die vorhandene Tankstellen-Infrastruktur nutzbar? (Genehmigungsverfahren, Abstand zu anderen Zapfsäulen etc.) Wie muss eine flächendeckende Versorgung aufgebaut sein? (Produktionskapazität, Menge erneuerbarer Strom, Speichergrösse, Abfüllanlage etc.) [EMPA] 14

16 Wirtschaftlichkeit und Nutzen von Wasserstoff Welche Substitutions- und Komplementaritätsbeziehungen bestehen zwischen Energiegewinnung, Energiespeicherung, Energieverteilung und Energienutzung? Energie wird in Form von Wasserstoff vor Ort gewonnen, gespeichert, verteilt und verbraucht. Wie beeinflusst dies die bisherigen erdöl-basierten Wirtschaftszweige? Welche Vorratsmengen an Wasserstoff sind sinnvoll? Werden dadurch die Vorratsmengen an Erdöl-Produkten reduziert? Benötigt man dann noch ein stark ausgebautes Elektro- Verteilnetz für Elektro-Tankstellen? (Bsp. Porsche: geplantes 800 V Bord Netz im Auto, «Tanken» in wenigen Minuten). Wie stark werden diese beiden Typen von Tankstellen (Wasserstoff und Elektro) in Zukunft genutzt werden? [Tesla-Tankstelle] 15

17 Wirtschaftlichkeit und Nutzen von Wasserstoff Welche Nutzen für Regionalwirtschaft, Gemeinden und Umwelt resultieren aus einer Wasserstoffwirtschaft im Berggebiet? Produktion und Verteilung in Region Kurze Nachschubwege, kleinere Bevorratung Unabhängigkeit Erhaltung regionaler Arbeitsplätze und Schaffung neuer regionaler Arbeitsplätze Image der Region: Sauber, nachhaltig, innovativ, hochtechnologisch («Silicon Valley») Auswirkungen auf Tourismus: nachhaltiger Tourismus, Mobilität nicht negativ belastet (ähnlich zu heutigen autofreien Regionen) [Mürren] 16

18 Wirtschaftlichkeit und Nutzen von Wasserstoff Welche Beiträge an Klimapolitik und Energiewende können durch die Wasserstofftechnologie geleistet werden? Gestaffeltes Ersetzen der nicht-nachhaltigen Kraftwerke Geringer Transportaufwand durch dezentrale Herstellung: vor Ort produzieren, vor Ort verbrauchen CO 2 -neutral Keine Abgase, nur H 2 O Kein Verbrauch an Sauerstoff (wurde vorher hergestellt) Rekuperation E-Motor: kein Motoröl, kein Getriebeöl Reduktion von Bremsstaub-Belastung [Radnaben-E-Motor] 17

19 [Daimler Benz AG] Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit FHO Fachhochschule Ostschweiz