Emissionsfreie Mobilität mit Wasserstoff und Brennstoffzellen - Dr. Gert Schlegel, HZwo e.V - IHK Cottbus
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Emissionsfreie Mobilität mit Wasserstoff und Brennstoffzellen Dr. Gert Schlegel, HZwo e.V.
Dr. Gert Schlegel | Netzwerkmanager
Clustermitglieder und assoziierte Partner
56 Unternehmen
10 Forschungseinrichtungen
Eingebunden in Forschungs-
und Anwendungsprojekte
oder in der Projektinitiierung
Hauptgeschäftsfelder:
• Energieversorgung
• Transport und Logistik
• Automobilindustrie
• Werkzeugmaschinenhersteller
Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.eu
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Aufgaben
Brennstoffzellenfahrzeug Grüner Wasserstoff
Fertigungsverfahren Standardisierung
Entwicklung, Sicherheit, Zertifizierung,
Betriebsstrategien, Sicherheit Standard
Halbzeuge Produktion
Werkstoffe, Beschichtungen Anlagentechnik,
Dampfreformierung,
Elektrolyse
Peripherie
Anlagen, Werkzeuge Synergieeffekte
Industrielle Nutzung von H2,
Logistikflotten mit eigenem H2 Transport
Piplines, Tank-LKW
Zulieferer (KMU)
Bipolarplatten, Dichtung, Sektorkopplung
MEA Energiespeicher,
Strom- und Wärmeerzeugung Zwischenspeicherung
Systemlieferanten (Tier One) Druckbehälter, Kaverne,
Stack, Tank, Powertrain Kryotechnik
Fahrzeug Tankstellen
Digitalisierung und Sensorik Speicher / Tanktechnik
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Dr. Gert Schlegel | Netzwerkmanager Warum Brennstoffzelle trotz Batterie-Hype? Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.eu
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Technologien zur CO2-Reduktion
Technologien zur CO2-Reduktion
?
Efficient ICE
Eff.gearbox
Combined
combustion
Car measures
CNG
Legislation Mild hybrid
Change ? Full hybrid
Plug-in hybrid ?
(Sources: ALF, VW AG)
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E-Mobilität als Schlüsseltechnologie
Kohle, Erdgas Kernenergie Wind Wasser Sonne
Wasserstoff als Energieträger
Elektrizität als Energieträger mit Option zur Speicherung und Sektorkopplung
Ladeinfrastruktur Transport
Kurzstreckenmobilität Vollwertiger Ersatz der
Flottenbetrieb konventionellen
Urbanes Carsharing Wasserstofftankstelle Mobilität mit allen
Batterieelektrische Elektrofahrzeuge Komfortmerkmalen
Etc. Fahrzeuge mit Brennstoffzelle
(Sources: TU Chemnitz)
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Infrastrukturvergleich
Batterieelektromobilität Brennstoffzellenelektromobilität
Beispiel Ladestationen in Lissabon Beispiel Wasserstofftankstelle in Berlin
(Quelle: zeitonline.de) (Quelle: cleanenergypartnership.de)
• Kabelgebunden • Ergänzung vorhandener
(zukünftige Option: induktiv) Tankstelleninfrastruktur
• Ein Anschluss pro Fahrzeug Einmalinvestition für flächendeckende Infrastruktur
für viele Fahrzeuge viele Ladepunkte mit hoher • Kurze Tankzeiten
Anschlussleistung notwendig, hoher Fahrzeugdurchsatz ohne lange Wartezeit
Infrastrukturkosten ~ Anzahl Fahrzeuge Langstreckenmobilität
• Komfort / Schutz • Komfort / Schutz
An-/Abkopplung unter allen Wetterbedingungen, Bewachte Einrichtung, Zusatzkomfort durch
Vandalismus Shopdienstleistungen etc.
Substitutionspotenzial: Substitutionspotenzial:
emissionsfreie Kurzstreckenmobilität in emissionsfreie Langstreckenmobilität ohne
Ballungsräumen Verzicht auf Komfortmerkmale
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Gegenüberstellung Betankungsdauer
Strom Wasserstoff Diesel
Supercharger 120 kW Tankstelle 3.000 kW Zapfsäule 27.000 kW
(ca. 1 kg/min) (ca. 50 l/min)
Tesla Model S Mercedes GLC F-Cell Audi A3 2.0 TDI
100 kWh (500 kg LiIon) 142 kWh (4,4 kg H2) 450 kWh (40 kg Diesel)
25 kWh / 100 km 1 kg H2 / 100 km 6 l Diesel / 100 km
→ 1 min „Tanken“ → 1 min Tanken → 1 min Tanken
~ 8 km fahren ~ 100 km fahren ~ 800 km fahren
Cottbus | 08.05.2019 (Quellen: Tesla, Daimler, Audi) www.hzwo.eu
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Komponenten im konventionellen Fahrzeug
Motorblock, Nebenaggregate
Zylinderkopf
Mechanische
Komponenten
Tanksystem
und Komponenten
Verfahrenstechnische
Komponenten
Batterien
Bordnetz, Hybrid
Getriebe www.hzwo.eu
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Komponenten im Brennstoffzellenfahrzeug
Stackendplatten Nebenaggregate
und Spannsystem
BZ-Einzelkomponenten
Tanksystem
und Halterungen
Verfahrenstechnische
Komponenten
Batterien
E-Antrieb/Getriebe (Sources: Audi, Daimler, Hyundai VW, TU Chemnitz)
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Wasserstoff als Energieträger
(Sources: Hydrogen Europe)
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Chancen der Brennstoffzellentechnologie
Fahrzeugbrennstoffzellen Anzahl Unternehmen/Beschäftigte
und Systemkomponenten der sächsischen Industrie
Batterietechnik 910 7
im Bereich Antrieb/Fahrwerk
94 Unternehmen
Elektromotoren ca. 22.000 Beschäftigte
0
Leichtbau-Kompetenz 14 2274
Gießereien 7 2209
Beschäftigungsrisiken
Konv.
36 5702
Fahrwerkskomponenten
Abgas/Klima 15 2808 Konventionelle Produktbereiche
neue/abgeleitete Produktbereiche
Beschäftigungschancen
Getriebetechnik 12 3289 Potenzial durch neue Produkte
Verbrennungsmotoren 10 4648
(Daten: Olle, Plorin, Vogel, Wächtler: Automobilzulieferer in Sachsen,
Gemeinsame Studie CATI und AMZ, 2017 + eigene Ergänzung) www.hzwo.eu
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Herausforderungen und Chancen
Sozialökonomie:
- Sinkende Beschäftigung im
konventionellen Bereich
- Arbeitsplätze in neuen
Bereichen
Aus-/ Weiterbildung: Unternehmen:
- neue Ausbildungsinhalte - Neue Produkte und
- steigender Bedarf an Fachkräften
Brennstoffzellen- Geschäftsfelder
- Wandel der Berufsinhalte Elektromobilität - Neue Player am Markt
- Neuer Wettbewerb
- Neue Wertschöpfungskette
Forschung und
Entwicklung:
- Wissenstransfer
- Transdisziplinäre Forschung
für hochkomplexe System
- verstärkte Kooperationen
(Sources: TU Chemnitz)
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Elektrifizierung der Mobilität
WER WIR SIND: H2 MOBILITY DEUTSCHLAND GMBH & CO. KG
(Sources: FCH JU)
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Vergleich CO2-Reduktion: Well-to-wheel
(Sources: FCH JU)
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Vergleich Gesamtlebenszyklus
(Sources: FCH JU)
Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.euDr. Gert Schlegel | Netzwerkmanager Brennstoffzellenstack Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.eu
Dr. Gert Schlegel | Netzwerkmanager Brennstoffzellensystem Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.eu
Dr. Gert Schlegel | Netzwerkmanager Brennstoffzellenfahrzeug Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.eu
Dr. Gert Schlegel | Netzwerkmanager
Aktuelle F&E-Ziele
Entwicklungsfokus Schätzung BZ-Systemkosten [EUR/Fzg.]
• Reduzierung Systemkomplexität
• Systemeffizienz, Thermomanagement
• Einsatz Serienkomponenten
• Integration, Leichtbau
• Reduzierung Edelmetalle
Current ~5 Mio. Pcs.
bei
• Reduzierung Pt bis < 10g pro Fahrzeug
• Vereinfachtes BOP
• Optimierte Produktionstechnologien
(Source: adacemobiltiy.wordpress.com)
• Massenproduktion, Skalierungseffekte
(Sources: Roland Berger Consult)
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Fahrzeuge
Erstes Elektrofahrzeug von Porsche 2 Radnabenmotoren
14. April 1900 auf der Weltausstellung Pmax = 2 x 7PS
in Paris Pnenn = 2x 2,5PS (bei 120 U/min)
44-zelliger 300 Ah Akku mit 80 V
Vmax = 50km/h
Reichweite 50km
Sperrklinken gegen zurückrollen
Elektrische Bremse vorne,
mechanische Bandbremse hinten
Gesamtgewicht 980 Kg
Batteriegewicht 410 Kg
1 Vorderrad 115 Kg
Ca. 300 Fahrzeuge verkauft
(Sources: TU Chemnitz)
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Fahrzeuge
Alkalische Brennstoffzelle
Erster Elektrovan von GM mit AFC
PBZ = 5 kW
1967
PMotor = 32 kW
Gesamtgewicht 3500 kg
Vmax = 105 km/h
Reichweite 200 km
Flüssigwasserstoff (LH2)
(Sources: TU Chemnitz)
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Fahrzeuge
Mercedes-Benz Fuel Cell (MBFC)
Mercedes GLC F-Cell 2019 Brennstoffzelle PEM (AFCC, Kanada)
E-Motor 147 kW, 350 Nm
Reichweite 500 km
Betankungszeit 3 min.
Tank 2 x 700 bar CH2, 4.4 kg
Batterie Li-Ion, 13.8 kWh (plug-in)
(Sources: Mercedes Benz)
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Fahrzeuge
Und weitere …
(Sources: TOYOTA, VW, ALSTOM, FAUN, STILL, DAIMLER)
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Bedeutung des Clusters
KMUs und Großunternehmen Förderung
Wasserstoff und Brennstoffzellen
rechtzeitige Vorbereitung auf neue
Forschung Produkte im weltweit wachsenden
• Universitäten Markt)
• Fraunhofer-Institute • Entwicklung Komponenten bzgl.
• Fachhochschulen Serientauglichkeit, Kosten
…. • Entwicklung Produktionsprozesse
Aus- und Weiterbildung • Automatisierung
• Qualitätssicherung
• Universitäten • Infrastrukturaufbau
• Fachhochschulen
• Codes & Standards
• VW-Bildungsinstitut
…. • Aus- und Weiterqualifizierung
• Spitzenforschung in Clustern
Nur im Cluster kann die Transition zur emissionsfreien Mobilität gelingen!
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Veranstaltungen zu BZ und H2
Technologieworkshop 27. Juni 2019
Brennstoffzellensystem Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V. (ICM)
und Komponenten
Technologieworkshop Anfang Juli 2019
Brennstoffzellenstack Technische Universität Chemnitz
und Komponenten
Seminar 27. Juni 2019
Grundlagen der Technische Universität Chemnitz
Brennstoffzellentechnik
26. – 27. November 2019
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU,
Chemnitz
Saubere Antriebe. Effizient Produziert.
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26. – 27. November 2019
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU, Chemnitz
Saubere Antriebe. Effizient Produziert. TOP-Themen:
- Brennstoffzellenkomponenten und Stack
- Brennstoffzellensystem
- Flexible Produktion und Digitalisierung
http://hzwo.eu/kontakt/newsletter/
Cottbus | 08.05.2019 www.hzwo.euDanke!
Diese Maßnahme wird mitfinanziert durch Steuermittel auf der Grundlage des von den Abgeordneten des
Sächsischen Landtags beschlossenen Haushaltes.
HZwo e. V.
Karl Lötsch
info@hzwo.eu
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Ersatzoptionen im Transportsektor
Ersatzoptionen im Transportsektor
Ressourcen Energie (-träger) Antrieb
fossil Brennstoff-
Elektrizität H2 zelle /
Öl E-Antrieb
Kohle
Uran Batterie /
Gas E-Antrieb
Kraftstoffe
regenerative
Benzin/Diesel
Wind CtL
Konventioneller
Wasser GtL Antrieb
Solar BtL (ICE)
Geothermie
Biomasse Biogas
CO2 Synthesegas
(Sources: TU Chemnitz)
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Wirkketten im Vergleich
Wirkungsgrade im Vergleich
Windkraft – Wasserstoff – Methan – Erdgasfahrzeug
CO2
Wirkungsgradpfad: 50% × 70% × 50% × 25% = 4,4%
Windkraft – Wasserstoff – Brennstoffzelle – Elektro-Auto
H2
Wirkungsgradpfad: 50% × 70% × 90% × 50% × 80% = 12.6%
Windkraft – Batterie – Elektro-Auto
Li-Ion
Wirkungsgradpfad: 50% × 95% × 90% × 80% = 34.2%
(Sources: TU Chemnitz)
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Anforderungen an elektrische Speicher/Wandler
Anforderungen an elektrische Antriebe
Energie
Elektrische Reichweite,
Verfügbarkeit Komfortverbraucher
Ladezeiten, -infrastruktur
Kosten Leistung
Wirtschaftlichkeit, Fahrleistung,
Marktakzeptanz, Performance,
Recycling Dynamik,
Sicherheit
Lebensdauer Fehler, Unfall,
Missbrauch, Wartung,
Zyklen, Standzeit
Komfort, Zuverlässigkeit
(Sources: TU Chemnitz)
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