Wasserstoff und Synfuels - Avenergy Suisse
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1 Ausgabe Frühjahr 2020 Wasserstoff und Synfuels Die Treibstoffe der Zukunft
2 3
«Wenn die Zeit nicht reif ist, kann nichts es geschehen machen; wenn sie reif
ist, kann nichts es verhindern.» So lautet ein chinesisches Sprichwort.
Schon seit mehr als 20 Jahren spricht man von der Wasserstoffrevolution.
Immer wieder gab es Anstrengungen, der Technologie zum Durchbruch zu
verhelfen. Während Jahrzehnten kam man nicht wesentlich über ein Versuchs-
stadium hinaus. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Fahrzeuge galten als
Nischenprodukte. Das sind sie zwar heute noch. Aber die Zeichen stehen gut,
dass sich Wasserstoff etablieren kann – nicht als Ersatz, aber als Ergänzung
zu den auch künftig unverzichtbaren fossilen Treibstoffen und zum Batterie-
antrieb, welcher derzeit vor allem von der Politik forciert wird.
Während die Branche heute die Versorgungssicherheit im Bereich Mobilität
mit den seit Jahren bewährten Produkten Benzin und Diesel sicherstellt und
das Land täglich mit diesen unentbehrlichen flüssigen Energieträgern beliefert,
treibt sie die Entwicklung parallel dazu in Richtung CO2-neutrale Treibstoffe
voran. Was heute für Benzin und Diesel gilt, das gilt auch in Zukunft für die
CO2-neutralen Alternativen: Die Mitglieder von Avenergy Suisse garantieren
deren Versorgungssicherheit.
Gegenüber der Batterie bietet Wasserstoff als Energiespeicher wesentliche
Vorteile für die Elektromobilität. Dazu zählen die höhere Reichweite, die kurze
Betankungszeit und das geringe Gewicht des Energiespeichers Wasserstoff.
In technischer Hinsicht sind die Lösungen mit Wasserstoff erst seit wenigen
Jahren ausgereift und massentauglich. Dies betrifft sowohl die Wasserstoff-
herstellung durch Elektrolyseure als auch den Bereich der Brennstoffzellen. Nun
zeigt sich, dass es sich um eine zukunftsträchtige Technologie handelt, die
preislich schon in der jetzigen Anfangsphase mithalten kann, auch weil der
«Die Zeichen stehen gut, dass Energieträger steuerbefreit ist. Es ist davon auszugehen, dass die Preise weiter
sinken, wenn sich die Technologie nun etabliert.
sich Wasserstoff als Ergänzung Wasserstoff ist nicht die einzige umweltfreundliche Technologie, mit der
zu den auch künftig in der sich die Branche in der Schweiz beschäftigt. Es gibt bereits Techniken, mit
denen synthetisches, erneuerbares Methan (vergleichbar mit Erdgas) und sogar
Mobilität unverzichtbaren fossilen Diesel hergestellt werden können. Diese Technologien sind zwar derzeit noch
Treibstoffen und zum Batterie- nicht massentauglich. Dank ihnen werden aber künftig vollständig CO2-neutrale
Treibstoffe für die Luftfahrt zur Verfügung stehen.
antrieb etablieren kann.»
Ist die Zeit für Wasserstoff und Co. als Ergänzung zu den fossilen Treibstoffen
Dr. Roland Bilang
Geschäftsführer Avenergy Suisse reif? Urteilen Sie selbst.
Vom
Wasser Erneuerbare
Stromerzeugung
wird Wasserstoff zum
ersten Mal per Zufall durch
Henry Cavendish entdeckt.
Wolfgang Amadeus Mozart
ist 1766 zehn Jahre alt.
Aber das ist eine andere
Geschichte …
zum
Nachhaltige Energiequellen Jahre später
Es kann nur dann klimaneutraler
Wasserstoff produziert werden,
Wasser
wenn für die Produktion Strom aus
nachhaltigen Energiequellen (Wasser,
Wind, Sonne) verwendet wird. H2O
Wasserstoffherstellung
Wasserelektrolyse
durch Elektrolyse
Als Wasserelektrolyse versteht man die
Zerlegung von Wasser in Wasserstoff H2
und Sauerstoff mithilfe von elektrischem
Strom.
H2O d also
Emittierter Wasserdampf Wasser (H20) wird unter Gleichstrom gesetzt,
as ser wir r. wird an die
wodurch gasförmiger Wasserstoff (an der
Aus W er Wasse Umgebung abgegeben
Kathode –) und Sauerstoff (an der Anode +)
Brennstoffzellenautos wied
stossen lediglich entsteht, im Wasser nach oben wandert und
Wasserdampf aus. H2 -Brennstoffzellen- oberhalb des Wassers als Gas gesammelt
Elektrofahrzeug werden kann. Volumenmässig entsteht dabei
genau die doppelte Menge Wasserstoff wie
Ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug Sauerstoff.
produziert für seinen Elektromotor
2H2O→2H2+O2
aus Wasserstoff H2 und
Sauerstoff selbst elektrische
Energie.
Reaktion der Wasserelektrolyse
Verbrauch in der
Brennstoffzelle
Wie funktioniert ein Brennstoffzellenauto?
Umwandler
Speicherung, Transport und
Speicherung,
Verkauf von Wasserstoff
Transport und Verkauf
H2
Batterie Wasserstoff kann trotz seinem Aggregatzustand
ohne Probleme gelagert oder auch transportiert
H2-Tank werden.
Dabei entspricht 1 kg H2 der Energie von etwa
Elektromotor 4 l Benzin.
Wasserstoff Sauerstoff
wird von aussen
Brennstoffzelle abgesogen
1 kg H2 4 l Benzin
6 Treibstoffe Wirkungs-Leistungs- 7
aus Strom Erneuerbare
Verhältnis
Stromerzeugung
Wirkungsgrad Speicherfähigkeit/
Transportfähigkeit
Wasserelektrolyse
aus erneuerbarer
Stromerzeugung
H2O Elektrisch
(batterieelektrisch)
Aus H2 können
weitere Treibstoffe
hergestellt werden.
Stunden
Existierendes
CO2 wird aus
der Luft gefiltert Wasserstoff Tage
und verwendet,
um neuen
Treibstoff
herzustellen.
Methanisierung Power to Liquid
Syngas/ Wochen
PTG*
Methanisierung Power to Liquid
Wasserstoff (H2 ) wird mit (PTL)
Kohlenstoffdioxid (CO2 ) in Chemisch-technisches Ver-
Methangas (CH4 ) umgewandelt. fahren (u.a. Fischer-Tropsch-
4H2 +CO2 →CH4 +2H2O Synthese) zur Herstellung
synthetischer flüssiger Treib-
Synfuel/
stoffe aus Kohlenstoffdioxid
und Wasserstoff. PTL*
Wasserstoff Syngas Synfuel Monate
(Methan) (Benzin/Diesel)
Elektrofahrzeug H2-Brennstoffzellen- Gasfahrzeug Verbrennungsmotor
*
Elektrofahrzeug PTG = Power to Gas
PTL = Power to Liquid
8
«Wasserstoff: 9
Ergänzung zu
fossilen Treibstoffen
und Alternative
zur Batterie»
den Herstellungsprozess ansehen. Tausendstel der heutigen Klimawir- bei der Oxidation von Wasserstoff
In der Schweiz kann Wasserstoff künftig einen wertvollen Beitrag Wasserstoff ist ein Massengut. Weltweit kungen hätte, wenn es komplett von produziert.
zu einer klimaverträglicheren Mobilität leisten – die Branche werden – vor allem in der Industrie –
jedes Jahr rund 60 Millionen Tonnen
fossil auf Wasserstoff umgestellt wür-
de. Dies wäre ein Riesenschritt hin
Betankt werden die Fahrzeuge mit
gasförmigem Wasserstoff. Bei Personen-
geht wichtige Schritte in diese Richtung, sagt Fabian Bilger, Leiter Wasserstoff verbraucht. Dieser stammt zur CO2 -Neutralität. wagen beträgt der Druck im Fahr-
zum allergrössten Teil aus der Refor- zeugtank 700, bei Lastwagen 350 bar.
HSSE und stellvertretender Geschäftsführer von Avenergy Suisse. mierung von Gas und Kohle. Auf diese Was ist ein Wasserstoffauto, und Die Reichweite pro Tankfüllung ist
Weise hergestellter Wasserstoff ist aber wie funktioniert ein solches? vergleichbar mit jener eines klassi-
nicht rein genug für die Anwendung Ein Wasserstoffauto ist ein Elektro- schen Verbrennungsmotors. Sie
in der Brennstoffzelle. Dafür benötigt auto. Die Achsen werden also, wie bei beträgt also zwischen 400 und 700
man Wasserstoff aus Elektrolyse – reinen Batteriefahrzeugen auch, Kilometer.
Herr Bilger, über Wasserstoff also der direkten Aufspaltung von von Elektromotoren angetrieben. Der
im Bereich Mobilität wird derzeit reinem Wasser mithilfe von Strom. Strom dafür stammt auch aus einer Wo sehen Sie die Vorteile von
viel berichtet. Wie effizient ist Ist dieser Strom CO2 -neutral, so ist Batterie – der sogenannten Traktions- wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen
Wasserstoff? es auch der daraus gewonnene batterie. Im Gegensatz zu den reinen mit Brennstoffzellen?
Fabian Bilger: Ein Kilogramm Wasser- Wasserstoff. Batteriefahrzeugen ist diese aber viel Für die Nutzerinnen und Nutzer solcher
stoff beinhaltet rund zweieinhalb Mal kleiner und dadurch wesentlich Fahrzeuge stehen sicher die Vorteile
so viel Energie wie Diesel oder Benzin. Handelt es sich bei Wasserstoff leichter. Diese Batterie wird während des schnellen Betankens und der hohen
Deshalb ist Wasserstoff grundsätzlich nicht auch um ein Treibhausgas? der Fahrt ständig durch den Strom Reichweite im Vordergrund. Gerade
sehr geeignet als Energieträger für die Wasserstoff ist ein sogenanntes indirek- geladen, den die Brennstoffzelle in kälteren Regionen ist es zudem von
Mobilität, wo viel Energie mit mög- tes Treibhausgas. Das heisst, es kann
lichst wenig Zusatzgewicht gefragt ist. die Lebensdauer von anderen Treib-
Da Wasserstoff ein leichtes und des- hausgasen verlängern – insbesondere
halb flüchtiges Gas ist, sind Lagerung
und Transport herausfordernd. In
von Methan und Ozon. Allerdings
reden wir hier von Wasserstoff, der vor
Es gibt noch wenige
«Ja, heute sind Wasserstoffautos Fahrzeugtanks wird Wasserstoff oft
unter hohem Druck gelagert. Dafür
dem Einsatz im Fahrzeug verloren geht,
also zum Beispiel durch Undichtigkei-
Untersuchungen, wie der
alltagsfähig.» braucht es die entsprechende Infra-
struktur an den Tankstellen.
ten in den Lager- und Transportsyste-
men. Nach dem Einsatz im Fahrzeug ist
Resteffekt auf das Klima
Fabian Bilger Ist die Technologie auch
der Wasserstoff als Wasser bereits
gebunden. Es gibt noch wenige Unter- wäre, wenn Wasserstoff der
stellvertretender Geschäftsführer
CO2 -neutral? suchungen, wie der Resteffekt auf
Avenergy Suisse
Lokal – also bei der Herstellung von das Klima wäre, wenn Wasserstoff der primäre Energieträger
Strom in einer Brennstoffzelle im Fahr- primäre Energieträger werden würde.
zeug – ja. Bei diesem Prozess entsteht Britische Wissenschaftler haben in werden würde.
nur Wasserdampf. Wie bei allen alter- einer Studie errechnet, dass das glo-
nativen Energieträgern muss man sich bale Treibstoffsystem nur noch sechs
10
Eine Investition in 11
mehr Diversifikation
bau eines solchen Netzes wird derzeit
in der Schweiz von der Branche voran- Für Martin Osterwalder von der AVIA-Tankstelle Osterwalder
getrieben, in enger Koordination mit
den Fahrzeugherstellern. St. Gallen AG bedeutet der Bau der weltweit leistungsfähigsten
Wie erfolgt der Aufbau des Wasserstofftankstelle eine Investition in die langfristige
H2 -Tankstellennetzes in der
Schweiz?
Zukunft seines Unternehmens.
Zu diesem Zweck wurde bereits im
Mai 2018 der Förderverein H2 Mobilität
Schweiz gegründet. Die Mitglieder sind
namhafte Unternehmen: Agrola, AVIA, blockiert und Ingenieure aus Deutschland konnten aufgrund
Coop, Coop Mineraloel AG, fenaco, der Einreisebeschränkungen nicht in St. Gallen arbeiten.»
Migrol, Migros, SOCAR, Emil Frey, Dass sich die Eröffnung nun verzögerte, sei extrem schade.
Shell, Galliker Transport & Logistics, «Das Interesse an der Tankstelle ist nicht nur bei den Medien
Camion Transport, G. Leclerc Trans- gewaltig, auch die Kundschaft wartet auf die Inbetriebnah-
port, F. Murpf, Tamoil, Chr. Cavegn AG me.» Dazu gehören diverse Unternehmen in der Umgebung.
Vorteil, dass das Fahrzeug mit der Sinne hilft Wasserstoff beim Ausbau und Emmi Schweiz. Bei den Mit- Und auch die St. Galler Kantonspolizei verfügt neuerdings
Abwärme der Brennstoffzelle beheizt der erneuerbaren Energien, indem In- gliedern handelt es sich also um Tank- über Brennstoffzellenautos von Hyundai (Modell Nexo) in ih-
werden kann und man nicht elektri- vestitionen in diese Anlagen rentabler stellen- oder Flottenbetreiber, die rer Flotte. Ab Mai können die ersten Fahrzeuge betankt wer-
sche Energie aus der Batterie braucht. und sicherer werden. alle stark an der Wasserstofftechnologie den: «Wir nehmen die Anlage still in Betrieb und denken,
Das bringt zusätzlich Reichweite interessiert sind. Diese haben sich dass wir dann das Eröffnungsfest im Sommer nachholen kön-
gerade bei tieferen Temperaturen. Sind Wasserstofffahrzeuge alltags- bereit erklärt, die Tankstelleninfra- nen», ist Martin Osterwalder zuversichtlich.
Und natürlich: Man fährt ein Elektro-
auto mit all seinen Eigenschaften wie
fähig, und können sie Benzin- und
Dieselautos ersetzen?
struktur in der Schweiz privatwirtschaft-
lich zu erstellen und eine Lastwagen-
Die Kundschaft wartet Um jederzeit über genügend Wasserstoff zu verfügen, ist
das Unternehmen mit der SAK (der St. Gallisch-Appenzelli-
geräuscharmem Fahren, zügiger
Beschleunigung, wenig Wartungsauf-
Ja, heute sind Wasserstoffautos alltags-
fähig. Die Brennstoffzellen sind lang-
flotte zu betreiben, welche diese dann
auch entsprechend auslastet. auf die Inbetriebnahme. schen Kraftwerke AG) ein Joint Venture eingegangen und
beteiligt sich an einem 2-Megawatt-Elektrolyseur. Der Tank-
wand und der Fähigkeit, Bremsenergie lebig und belastungsfähig und können stellenbetreiber produziert also den notwendigen Wasser-
zurückzugewinnen. auch in widrigen z. B. winterlichen Martin Osterwalder stoff selbst. Für Osterwalder ist dies ein logischer Schritt:
AVIA-Tankstelle Osterwalder St. Gallen AG
Bedingungen von −30 Grad betrieben «Im Treibstoffgeschäft sind wir immer abhängig von Liefe-
Welches sind die Vorteile hin- werden. Immer mehr grosse Auto- ranten. Wenn wir aber schon von Anfang an in diese neue
sichtlich des Energiesystems? mobilhersteller bieten entweder H2 -Technologie investieren, dann wollen wir auch bei der
Aus Sicht des Energiesystems ist Was- bereits ein Wasserstofffahrzeug an – Produktion mit dabei sein.»
serstoff ein dankbarer Stromspeicher. Wer in St. Gallen von Westen herkommend auf der Oberstras- Als Tankstellenbetreiber müsse er einen nachhaltigen
Mit dem Wandel zu immer mehr se entlang der Bahngeleise unterwegs ist, kann die beiden Businesscase schaffen. Als Ergänzung zu den fossilen Treib-
Flatterstrom aus Wind und Sonne, der
nicht unbedingt dann anfällt, wenn
Die Brennstoffzellen sind langlebig grossen Silos der AVIA-Tankstelle Osterwalder St. Gallen auf
der rechten Seite kaum übersehen. Hier entsteht laut Martin
stoffen sehe er am ehesten Wasserstoff. «Der Batterieautofah-
rer kommt nämlich nicht an die Tankstelle, um sein Fahrzeug
wir ihn brauchen, sind wir auf zusätz-
liche Speicher angewiesen. Insbeson-
und belastungsfähig und können Osterwalder die weltweit leistungsfähigste H2 -Betankungs-
anlage. Rund zwölf Fahrzeuge können hintereinander ohne
dort während 20 und mehr Minuten zu laden – das macht er
zu Hause oder allenfalls noch an einer Ladesäule beim Ein-
dere die saisonale Speicherung – also
den Überschussstrom vom Sommer auch in winterlichen Bedingungen Unterbruch mit Wasserstoff befüllt werden. Dann erst müsse
in der Anlage für eine kurze Zeit zusätzlicher Druck für wei-
kaufscenter.» Die Tankstellen indes seien prädestiniert für
den H2 -Verkauf.
in den Winter zu bringen – ist mit Was- tere Betankungsvorgänge erzeugt werden, erklärt Martin Darüber hinaus könnten die Tankstellen laut Osterwalder
serstoff in der Schweiz im grossen von –30 Grad betrieben werden. Osterwalder nicht ohne Stolz. «Doch das ist eine recht theo- mit der H2 -Technologie einen Beitrag an den Umbau der
Stil möglich. Die Möglichkeit, Energie retische Überlegung, weil kaum je zwölf Fahrzeuge hinterein- Stromproduktion auf erneuerbare Energien leisten. Denn mit
als Wasserstoff abzusetzen, hilft ausser- ander ohne Unterbruch aufgetankt werden. Die Zapfsäule ist dem «überschüssigen» Strom aus erneuerbarer Produktion
dem Produzenten von Wind- oder allen voran Toyota, Hyundai, Honda also jederzeit einsatzbereit.» könne Wasserstoff, aber auch synthetischer Treibstoff (Syn-
Solarstrom, ihre Anlagen rentabel zu und Mercedes – oder führen Projekte Das Medieninteresse an der geplanten Eröffnung vom fuels) produziert werden.
betreiben. In Zeiten von tiefen mit sehr hohem Entwicklungsfort- 17. April 2020 war enorm gross. Mehr als 60 Medienschaffende «Wasserstoff und Synfuels sind Teile der Lösung der
Strompreisen, haben die Wind- oder schritt. Das grösste Hindernis für eine haben ihr Interesse bekundet. «Wir waren überwältigt», sagt Stromspeicherproblematik», ist Martin Osterwalder über-
Solarparkbetreiber einen zweiten flächendeckende Verbreitung der Martin Osterwalder. Doch das Coronavirus hat dem Pionier ei- zeugt. Und dass er mit seiner H2 -Tankstelle eine wichtige In-
Absatzmarkt mit stabileren Preisen für Technologie war und ist das fehlende nen Strich durch die Rechnung gemacht: «Leider waren bis vestition in die Diversifikation seines Unternehmens tätigt,
ihre Energie zur Verfügung. In diesem Wasserstoff-Tankstellennetz. Der Auf- vor Kurzem einige Bestandteile der Anlage am Zoll in Italien steht für ihn ausser Frage.
12
«Mehr als nur ein 13
grünes Etikett» stoffzellen-Fahrzeugen erhebliche Vorteile gegenüber Batte-
rielastwagen: «Höhere Reichweite erkauft man sich bei rei-
nen Batteriefahrzeugen mit einer entsprechenden Reduktion
der Nutzlast, bei den Wasserstofflastwagen steht deutlich
Zusammen mit dem Förderverein H2 Mobilität und mehr Nutzlast zur Verfügung.» Bei einzelnen Anwendungen
seien Batteriefahrzeuge zwar sinnvoll, räumt Freymüller ein. Hyundai Motor Company und H2 Energy unterschreiben
H2 Energy stellt die Hyundai Motor Company Dies gelte aber explizit nicht für den Schwerverkehr.
Dass Hyundai nun die Brennstoffzellenoffensive in der
ihren Joint-Venture-Vertrag.
die Weichen für eine nachhaltige Flotte von schweren
Schweiz starte, sei auch ein unternehmerischer Entscheid: beinhaltet also den vollständigen Betrieb des Lastwagens in-
«Die Schweiz bietet optimale Voraussetzungen. Hyundai hegt klusive der Wasserstoffbetankung. Auch anfallende Repara-
mit den Brennstoffzellen-Lkw Expansionspläne. Das Joint turen oder ein gegebenenfalls notwendiger Ersatz der Brenn-
Brennstoffzellen-Lastwagen in der Schweiz – mit Venture ist für uns der europäische Hub dafür», erläutert
Freymüller. Dass dies gelingen wird, davon ist er fest über-
stoffzelle werden im Rahmen eines mehrjährigen Vertrages
über die Kilometerpauschale abgedeckt.
einem verblüffenden Geschäftsmodell. zeugt: «Unser Unternehmen verfügt über grosse Erfahrungen
in der Brennstoffzellentechnik. Das gilt einerseits im Pkw-,
Dieses Geschäftsmodell löst für die Kundschaft wesentli-
che Probleme: «Erstens kennt man Hyundai hierzulande
andererseits im Nutzfahrzeugbereich, insbesondere bei Bus- noch nicht so gut als Hersteller von Trucks, was den einen
sen – und jetzt auch bei den Lastwagen.» oder anderen Kunden davon abhalten könnte, unsere Fahr-
Unscheinbar wirkt die Firmenadresse im Glattpark in Opfi- Die Hyundai-Trucks für den Schweizer Markt werden un- zeuge in seine Flotte zu integrieren», sagt Freymüller. Das
kon – zwischen Kitas, einer Pizzeria und zahlreichen Büro- ter der Bezeichnung «Xcient Fuel Cell» in der 4×2-Variante Prinzip «pay per use» erleichtert der Kundschaft den Ein-
gebäuden findet sich der Hauptsitz der Hyundai Hydrogen und mit einem Zuggesamtgewicht von 34 Tonnen ausgelie- stieg in die Wasserstofftechnologie. «Und zweitens ist die In-
Mobility AG. Dabei handelt es sich um eine Partnerschaft fert. Die Lastwagen verfügen über einen Trockenkoffer oder frastruktur noch nicht so gut ausgebaut, wie man es von der
zwischen der Hyundai Motor Company und dem Schweizer einen Kühlkoffer und beziehen den für den Antrieb benötig- herkömmlichen Dieseltechnik her gewohnt ist – doch auch
Unternehmen H2 Energy – dessen Sitz praktischerweise in ten Strom von zwei 95 kW-Brennstoffzellen, die Wasserstoff darüber muss sich der Kunde keine Gedanken machen. All
unmittelbarer Nachbarschaft an der gleichen Strasse liegt. und Sauerstoff aus der Umgebungsluft in elektrische Energie diese Probleme nehmen wir dem Kunden durch das ‹pay
Was hier vorangetrieben wird, könnte den Logistiksektor in umwandeln. Der Brennstoffzellenbetrieb ist emissionsfrei – per use›-Modell ab.» Ziel sei es, dass der Kilometerpreis mit
erheblichem Mass verändern. Ziel ist es laut Geschäftsführer es wird lediglich reiner Wasserdampf ausgestossen. Ergänzt fossilem Diesel konkurrenzfähig sei, was derzeit der Fall sei.
Mark Freymüller nämlich, die europäische Nutzfahrzeug- wird das System von einer 73,2-kW-Batterie. Laut Mark «Doch selbst wenn die Preise geringfügig höher wären,
branche in Richtung einer nachhaltigen Umweltfreundlich- Freymüller ermöglichen die 34,5 Kilogramm Wasserstoff an würde sich der Umstieg auf die Brennstoffzellen-Lastwagen
keit zu verändern und zu diesem Zweck emissionsfreie Nutz- Bord eine Reichweite – je nach Einsatz – von rund 400 Ki- für die Kunden dennoch lohnen», ist Freymüller überzeugt.
fahrzeuge anzubieten. lometern. Die Betankungszeit sei dabei vergleichbar mit je- «Sie können damit ihre eigene Logistikwertschöpfungskette
«Für Hyundai ergab sich eine tolle Kombination», erläu- ner bei herkömmlichen Lastwagen. CO2-neutral gestalten und sich von der Konkurrenz positiv
tert Freymüller. «Da war der Wunsch des Unternehmens, Das Geschäftsmodell der Unternehmung funktioniert abheben.» Und da die Technologie ja tatsächlich emissi-
mit den Lastwagen auf den europäischen Markt zu expan- nach einem einfachen, aber zielführenden Ansatz: Die onsfrei sei, handelt es sich um mehr als nur um ein «grü-
dieren, gepaart mit einer zukunftsträchtigen Technologie, Trucks werden nicht verkauft, sondern nach dem Modell nes Etikett».
die andere Fahrzeughersteller zum Teil vernachlässigen.» «pay per use» angeboten: Der Kunde «mietet» die Fahrzeug- So unscheinbar die Firmenadresse der Hyundai Hydro-
Freymüller spricht von der Brennstoffzelle, in der mithilfe flotte und bezahlt pro gefahrenen Kilometer. Hyundai küm- gen Mobility AG im Glattpark in Opfikon wirkt – für die
von Wasserstoff elektrischer Strom entsteht, um das Fahr- Transportbranche werden hier spannende Lösungen für die
zeug anzutreiben. Zukunft geschaffen. Sie könnten dereinst den Logistikmarkt
Das Prinzip «pay per use» in ganz Europa verändern.
Ziel ist es, die europäische erleichtert der Kundschaft
Nutzfahrzeugbranche den Einstieg in die
in Richtung einer nach- Brennstoffzellen-LKW Wasserstofftechnologie.
haltigen Umweltfreund- Die Vorteile liegen für Mark Freymüller auf der Hand: «Man mert sich um alles Wesentliche. Dies betrifft nicht nur Ser-
muss insbesondere bei Brennstoffzellenlastwagen immer vices und Abschreibung, sondern auch die garantierte
lichkeit zu verändern. vier Faktoren im Auge behalten: Kosten, Reichweite, Nutzlast Versorgung mit CO2 -neutralem Wasserstoff (Wasserstoff, der
und Tankzeit.» Gerade bei der Reichweite konstatiert der mithilfe von erneuerbarem Strom bspw. aus Wasserkraft oder
Hyundai-Hydrogen-Mobility-Geschäftsführer bei den Brenn- Sonnenenergie produziert wurde). Die Kilometerpauschale
14 15
Uhr verfügbar. Zudem kann man Diesel
einfach über weite Strecken transportie-
ren. Da Langstreckenanwendungen in
«Generell gilt: der Mobilität hinsichtlich CO2 -Emissio-
nen überdurchschnittlich relevant sind,
In der Langstreckenmobilität haben wir unsere Forschung für solche
Antriebe intensiviert.
ist es schwieriger als im Welche sind die vielversprechends-
ten Alternativen?
Nahverkehr. Der Grund liegt auf Für Pendlerinnen und Pendler, auf
kurzen Strecken oder bei typischen
der Hand. Fossiler Diesel bietet Zweitfahrzeugen sind batterieelektri-
sche Fahrzeuge die richtige Alternative.
in solchen Anwendungen Kurzstreckenfahrten machen bis zu
70 Prozent der Fahrten aus. Diese sind
enorme Vorteile.» für den grössten Teil der Schadstoff-
emissionen verantwortlich, weil die
Motoren und Katalysatoren dabei
Christian Bach oftmals nicht richtig auf Betriebstem-
Abteilungsleiter Fahrzeugantriebssysteme, Empa
peratur kommen. Die restlichen 30 Pro-
zent der Fahrten betreffen längere und
lange Distanzen. Diese machen aber
rund 70 Prozent der gefahrenen Kilo-
meter und damit auch ungefähr 70 Pro-
Herr Bach, wo liegt das Was ist Ihr Ziel? zent bei den CO2 -Emissionen aus. In
Schwergewicht Ihrer Forschung Unser Hauptziel besteht darin, die diesem Bereich sehen wir die Wasser-
zurzeit? CO2 -Emissionen im Strassenverkehr zu stoffantriebe sowie die synthetischen
Christian Bach: Für die Empa ist das «eliminieren», ohne die erneuerbare Treibstoffe, die mithilfe von erneuerba-
Thema erneuerbare Energie im Allge- Energie einfach dem Energiesystem zu rer Elektrizität produziert werden.
meinen und bei den Gebäuden und entziehen. Dies könnte nämlich auch
in der Mobilität im Besonderen ein ent- zu Verschiebungen der CO2 -Emissio- Was ist aus Ihrer Sicht am ziel-
scheidendes Thema. Mit Demonstra- nen führen. Zudem sollte die Mobilität führendsten: Wasserstoff, syntheti-
«Wenn die Branche
toren geht es unter anderem darum, für das Energiesystem einen System- sche Treibstoffe oder die heute
die Laborforschung für Stakeholder nutzen erzeugen. Wir untersuchen, wo vor allem von der Politik forcierte
und die Öffentlichkeit sichtbarer dies einfacher und wo schwieriger zu Batterietechnik?
zu machen und in echte Anwendungen erreichen ist. Jedes Konzept hat Vor- und Nachteile.
umzusetzen. Kein Konzept kann alle Anwendungen
übernimmt, braucht
Zu welchem Schluss sind Sie
Wie gehen Sie dies im Bereich gekommen?
Mobilität an? Generell gilt: In der Langstreckenmobi- Christian Bach
Im sogenannten «move», dem Future lität ist es schwieriger als im Nahverkehr. Abteilungsleiter Fahrzeugantriebs-
es weniger Politik»
Mobility Demonstrator, zeigen wir Der Grund liegt auf der Hand. Fossiler systeme bei Empa
in Zusammenarbeit mit Partnern aus Diesel bietet in solchen Anwendungen
Forschung, Wirtschaft und öffentli- enorme Vorteile. Es handelt sich um Christian Bach arbeitet seit 30 Jahren
bei der Empa in Dübendorf, Kanton
cher Hand, wie der Strassenverkehr einen Energieträger, der sich betrieblich
Zürich. Dort ist er seit bald 20 Jahren
der Zukunft ohne fossile Energie für alle möglichen Anwendungen von als Abteilungsleiter Fahrzeugantriebs-
funktionieren könnte. Dass Avenergy Autos, über Lieferwagen, alle Arten von systeme tätig, vorher war er Gruppen-
Suisse dabei mit an Bord ist, zeigt, Lastwagen, aber auch Baumaschinen, leiter Leichte Motorwagen. Empa steht
Ein Gespräch mit Christian Bach von der Eidgenössischen dass es auch der Branche wichtig ist,
nahe an solche Technologien heran-
Traktoren, Mähdrescher, Schiffen bis hin
zu Flugzeugen eignet. Er ist günstig,
für Eidgenössische Materialprüfungs-
und Forschungsanstalt und ist Teil des
Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) zukommen. lagerfähig und dadurch rund um die
ETH-Bereichs.
16 17
Für Pendlerinnen und Pendler,
kurze Strecken oder für
typische Zweitfahrzeuge sind
abdecken – auch wenn dies manchmal
batterieelektrische Fahrzeuge tiven Auswirkungen ja zu bezahlen.
behauptet wird. Die Kunst besteht
darin, für jede Anwendung das jeweils
die richtige Alternative. Wir sehen demgegenüber einen
Absenkpfad für fossile Energieträger
Passende zu finden. Wie gesagt: Reine als zentrale Massnahme, verbunden
Elektrofahrzeuge haben ihre Vorteile auf mit einer Umlageabgabe auf diesen
kurzen und mittleren Strecken. Für lan- Netz einspeisen kann. Diese sogenann- Wie realistisch ist die Umsetzung fossilen Energieträgern, um den Anteil
ge Distanzen benötigen sie grosse Batte- te Ausfallarbeit – also Strom, der gar Ihrer Ideen im jetzigen Umfeld? an erneuerbarer Energie im Öl- und Die Empa betreibt seit 2015 eine Wasserstofftankstelle in Dübendorf.
rien mit entsprechendem Footprint nicht produziert wird – wird trotzdem Wenn wir die CO2 -Emissionen der Gasbereich bis 2050 auf 100 Prozent
und viele Schnellladesäulen, die den vergütet. Diese Vergütungen haben Langstreckenanwendungen, aber auch zu erhöhen. Dies würde zwar auch zu der Wechsel aufgebaut und der Zugang keiten folgen. Dies, weil die Kosten
Ausstieg aus der fossilen und nuklearen sich 2018 auf über 600 Millionen Euro der Elektro- und Wasserstoffmobilität einer gewissen Verteuerung der zu industriellen Grossanlagen im nach der Aufbauphase stark sinken.
Stromproduktion verlangsamen. Für belaufen. Tendenz steigend. Die Krux: im Winterhalbjahr senken wollen, Treibstoffe führen, aber – und dies Bereich von mehreren 100 Megawatt Wenn beispielsweise Afrika mit
diese Anwendungen sind Wasserstoff- Ohne solche Vergütungen lässt sich – kommen wir an der Anwendung all wäre der Hauptnutzen – zu einer sichergestellt werden. Dazu müsste die enormem Sonnenpotenzial dank dem
antriebe und mit synthetischen Treib- wegen des steigenden Anteils an Strom- dieser Technologien nicht vorbei. zwangsläufigen CO2 -Reduktion. Branche zusammenspannen. Im zwei- beschriebenen Ansatz den stark stei-
stoffen betriebene Fahrzeuge besser. überschüssen – kein rascher Umstieg ten Jahrzehnt müssten die produzierten genden Energiehunger erneuerbar und
auf erneuerbare Energie realisieren. Technische Lösungen scheint es zu Die Branche selbst soll die fossilen Mengen massiv ausgebaut werden, und nicht fossil stillen könnte, hätte dies
Welches sind die Vor- und Nach- China geht einen anderen Weg. geben, rechnen sie sich auch? Treibstoffe verteuern und mit im dritten Jahrzehnt könnten sich dann sehr positive Folgen für den Klima-
teile von H2 verglichen mit synthe- Ja, allerdings nicht auf Energieträger- den zusätzlichen Geldern syntheti- unterschiedliche Konzepte im wett- wandel.
tischen Treibstoffen? Wie geht man in China vor? sondern auf Anwendungsebene. sche Treibstoffe und Wasserstoff bewerblichen Stil entwickeln. Mir ist
Der Wasserstoffpfad verfügt über einen In China wird die Ausfallarbeit nicht Unsere Rechnungen zeigen, dass es fördern? bewusst, dass viele in der Branche Warum sollte die Schweiz sich
höheren Wirkungsgrad, aber auch entschädigt. Der Effekt ist, dass dort Lösungen für die CO2 -neutrale Genau. Wenn die Branche das nicht einen solchen Wechsel heute noch darauf einlassen?
über höhere Infrastrukturkosten. beispielsweise die Volllaststunden der Strassenmobilität gibt, die kaum macht, dann kommt der Gesetzgeber nicht konkret vor sich sehen. Schluss- Die Schweiz verfügt über viel Potenzial
Synthetische Treibstoffe müssen in Photovoltaik zurückgehen, was den teurer sind als die heutigen, auf fossi- und tut es. Werden die CO2-Ziele da- endlich gibt es für die CO2 -Zielerrei- zur Entwicklung entsprechender
Grossanlagen produziert werden, Ertrag solcher Anlagen reduziert. Wir len Energieträgern basierten Ansätze. durch nicht erreicht, wird die Schraube chung aber kaum Optionen. Technologien. Im Rahmen des Empa-
um wirtschaftlich zu werden, sind glauben, dass es einen anderen Dazu braucht es aber die richtigen einfach noch mehr angezogen. Dies Projekts «move-MEGA» befassen wir
im Gegenzug dafür aber einfacher zu Ansatz braucht – nämlich die Nutzbar- Konzepte im richtigen Anwendungs- könnte dann die Menschen zunehmend Wie sinnvoll ist es, wenn Europa uns genau mit solchen Fragen. Ähn-
transportieren. Es geht nicht um das machung von überschüssiger Elek- bereich sowie Wasserstoff und frustrieren und die Akzeptanz für oder gar die Schweiz in dieser liche Projekte laufen an den ETH, am
Entweder-oder, sondern um das Was trizität, indem damit Wasserstoff oder synthetische Energieträger aus solche Massnahmen reduzieren. Wenn Transformation einen Alleingang PSI und an anderen Hochschulen.
Grossanlagen. Die Herausforderung sich hingegen die Branche selbst ver- macht, während der Rest der Welt Ich bin überzeugt: Die Schweiz würde
besteht in der Finanzierung der pflichtet, den skizzierten Transforma- faktisch nach wie vor auf fossile von einem solchen Umstieg in Form
Im Langstreckenbereich sehen wir teuren Aufbauphase. tionsweg zu gehen, wer wollte dann
etwas dagegen sagen? Ich denke, die
Energieträger setzt?
Sie haben recht: Selbst wenn in der
einer CO2 -Reduktion profitieren, aber
auch wirtschaftlich, weil solche
Wasserstoffantriebe sowie E-Fuels, Welche Vorschläge haben Sie
bezüglich der Finanzierung dieser
Politik würde ein brancheninternes
Vorgehen unterstützen, weil gute
Schweiz kein einziges Gramm CO2
mehr ausgestossen würde, würde dies
Technologien in Zukunft weltweit im
grossen Stil nachgefragt werden.
welche mithilfe von erneuerbarer Übergangsphase?
Es braucht eine CO2 -Abgabe 2.0. Aus
Bottom-up-Ansätze schon sehr interes-
sant sind.
am Klimawandel noch nichts ändern –
dazu ist der Schweizer Beitrag zu klein.
unserer Sicht sollte diese dazu dienen, Aber: Wenn die Schweiz dank ihrer
Elektrizität produziert werden. die Transformationskosten zu finanzie- Welchen Zeithorizont sehen Sie? Finanzkraft und dem technologischen
ren. Dazu braucht es nicht unbedingt Wenn wir bis 2050 CO2-neutral werden Know-how den Umstieg vormacht,
staatliche Ansätze. Konkret: Anstelle wollen, bleiben uns noch 30 Jahre. könnten viele andere Länder mit
und Wo! Ich bin überzeugt: Wir werden synthetische Treibstoffe produziert einer gesetzlichen CO2 -Abgabe könnte In der ersten Dekade bis dahin müsste geringeren wirtschaftlichen Möglich-
an beiden Technologien nicht vorbei- werden. Lokal, wo der Transport nicht eine brancheninterne Umlage ein-
kommen, wenn wir das Energiesystem so wichtig ist, könnte man primär gesetzt werden, um die fossilen Treib-
auf erneuerbare Energieträger um- Wasserstoff produzieren. Weil wir in stoffe bis 2050 vollständig durch
stellen wollen. der Schweiz im Winterhalbjahr einen erneuerbare zu ersetzen.
Drei Dekaden bis zur CO2-Neutralität
Mangel an erneuerbarer Elektrizität Wechsel findet statt/ Unterschiedliche Konzepte
Produktion ankurbeln
Warum nicht? haben, brauchen wir aber auch von Was schwebt Ihnen konkret vor? Zugang zu industriellen Grossanlagen im wettbewerblichen Stil entwickeln
Weil wir im Sommerhalbjahr ein Prob- weit her transportierbare erneuerbare Ob die Verteuerung fossiler Energie-
lem mit überschüssigem Strom aus Energie. Dies können auf absehbare träger zu einer CO2 -Reduktion führt,
den erneuerbaren Quellen haben wer- Zeit nur synthetische Energieträger wird kontrovers diskutiert. Sie kann 2020 2030 2040 2050
den. In Deutschland beispielsweise sein, die beispielsweise im Sonnengür- im Extremfall auch zu mehr Emissio- CO2-neutral
lässt man bereits heute Windräder still- tel oder in Offshorewindfarmen nen führen, weil die Leute das Gefühl
stehen, weil man den Strom nicht ins erzeugt werden. haben, mit der CO2 -Abgabe die nega-
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Wasserstoff- Um Tankungen von H2 laufend
19
tankstellen
zu garantieren, braucht es in direkter
Nähe eine weitere H2-Tankstelle.
unterscheiden
druck von rund 50 bar betrieben einen reibungslosen Austausch zu wagen zusätzlich von der Kältemaschi-
werden, damit eine möglichst grosse gewährleisten, sind zwei Standplätze ne. Fällt ein Element aus, kann keine
Menge an Wasserstoff vom Anliefe- für die Wechselbehälter notwendig, Tankung vorgenommen werden. Im
rungsgefäss in den Speicher transfe- wobei jeweils einer nicht belegt ist. Gegensatz dazu ist bei herkömmlichen
riert werden kann. Zudem ist zu beachten, dass die Tankstellen meist eine höhere Verfüg-
sich wesentlich
Zugänglichkeit zu den Wechselbehäl- barkeit gewährleistet, da der Ausfall
Wo sehen Sie die grössten tern jederzeit gewährleistet sein muss. einer einzelnen Tanksäule meist durch
Herausforderungen beim Bau Der Platzbedarf für die Verdichter- die weiteren vorhandenen Tanksäulen
und beim Betrieb von Wasser- einheit und die dazugehörige Kältema- kompensiert werden kann.
stofftankstellen? schine unterscheidet sich je nach
von herkömm-
Eine grosse Herausforderung ist die Systemlieferant. Die gesamte H2 -Tank- Wie kann dieser Herausforderung
Tatsache, dass bis zum heutigen stellen-Technik benötigt ca. 120 bis 150 begegnet werden?
Zeitpunkt nur die Betankung von Quadratmeter Grundfläche. Darin Um Tankungen von H2 laufend zu ga-
Personenwagen mittels eines Proto- nicht eingerechnet sind die notwendi- rantieren, ist darauf zu achten, dass in
kolls – des sogenannten SAE J2601 – ge Manövrierfläche im Bereich der direkter Nähe eine weitere H2 -Tankstel-
lichen Tankstellen
definiert ist. So wird die Betankung Wechselbehälter sowie der Platzbedarf le besteht. Gerade der Einsatz von
aktiv durch eine Kommunikations- für die H2 -Tanksäule und den Betan- H2 -Fahrzeugen in der Logistik und zu
einheit geregelt. Ein Protokoll für kungsbereich. gewerblichen Zwecken erfordert eine
die Betankung von Lastwagen ist erst maximale Verfügbarkeit. Hierzu spre-
in Ausarbeitung. Wie gut ist die Verfügbarkeit chen sich die Mitglieder des Förderver-
garantiert? eins H2 Mobilität Schweiz laufend ab,
Wie sieht es mit dem Platzbedarf Die Verfügbarkeit einer H2 -Tankstelle um die Tankstellen möglichst optimal
aus? ist voll abhängig vom Betriebszustand zu platzieren. Gerade in der ersten
Beim Bau und Betrieb einer Wasserstofftankstelle Der Einsatz von Wechselbehältern
erfordert tatsächlich mehr Platz. Um
der einzelnen Elemente – vor allem der
Verdichtereinheit – und für Personen-
Phase der Ausbreitung des H2 -Tank-
stellen-Netzes ist eine Absprache unter
sind verschiedene Herausforderungen zu meistern, den Betreibern von H2 -Tankstellen
unumgänglich, um der H2 -Mobilität
sagt Roger Hausammann, Leiter Technik bei der eine möglichst gute Basis zu bieten.
Coop Mineraloel AG. Zu beachten sind neben den Gibt es am Markt überhaupt
ausreichend H2 -Tankstellen-
technischen Aspekten auch die Platzverhältnisse. Systeme?
Aktuell wird dieser Markt von drei
relevanten Lieferanten abgedeckt,
welche die steigende Nachfrage nach
Herr Hausammann, welche auch eine Verdichtereinheit sowie ein pro Fahrt angeliefert werden. Vor Ort H2 -Tankstellen-Systemen nur
Elemente umfasst eine H2 -Tank- Hochdruckspeicher benötigt werden. wird dann der leere Wechselcontainer beschränkt gewährleisten können.
stelle? Dort wird der Wasserstoff auf die ersetzt. Es ist damit zu rechnen, dass Die Entwicklung ist jedoch auf gutem
Roger Hausammann: Von heutigen entsprechenden Druckstufen kompri- sich in der Schweiz der Einsatz von Wege. So werden die Produktionsli-
Tankstellen unterscheidet sich eine miert und gespeichert. Wechselbehältern durchsetzen wird, nien in naher Zukunft ausgebaut, was
H2 -Tankstelle in wesentlichen
Punkten. So kann der Wasserstoff Wie wird der Wasserstoff an der
denn sie bringen für den Betrieb einer
Wasserstofftankstelle mehrere Vorteile.
«Von heutigen Tankstellen die Verfügbarkeit massiv steigern wird.
Es ist auch davon auszugehen, dass
nicht wie flüssiger Treibstoff mittels
«einfacher» Pumpen aus dem Tank
Tankstelle gespeichert?
Es gibt mehrere Möglichkeiten. Man Welche Vorteile sehen Sie? unterscheidet sich sich durch eine zusätzliche Steigerung
der Nachfrage weitere Systemanbieter
zur Tanksäule gefördert werden. Bei kann einerseits einen ortsfesten, frei Der Vorteil ist, dass kein Druckverlust der H2 -Technik annehmen werden
H2 handelt es sich um ein verdichtetes stehenden oder auch erdverlegten infolge Überströmens in einen orts- eine H2-Tankstelle in und sich der Markt dadurch positiv
Gas. Dieses kann nur mithilfe von Speicher realisieren oder andererseits festen Speicher – und somit kein Ener- entwickelt.
Druckunterschieden befördert werden. direkt das Anlieferungsgefäss verwen- gieverlust – entsteht. Zudem kann wesentlichen Punkten.»
den. Am Produktionsstandort wird der die Anlieferungszeit, die sich auf den
Roger Hausammann
Was bedeutet das in der Praxis? Wasserstoff in den Wechselbehältern Wechsel der Container beschränkt,
Leiter Technik Coop Mineraloel AG
Das bedeutet, dass neben einem mit 350 bar Druck gespeichert. So kön- massiv reduziert werden. Ortsfeste
Speichertank und einer Tanksäule nen rund 365 Kilogramm Wasserstoff Speicher können mit einem Maximal-20
So funktioniert H2-Tankstelle mit stationärem Tank (am Beispiel Pkw)
verdichten überströmen verdichten überströmen
21
eine Wasserstoff-
auf 200 bar auf 50 bar auf 950 bar auf 700 bar
H2-Produktion H2-Transport H2-Speicherung H2-Speicherung H2-Verbrauch
mithilfe Wasserelektrolyse durch Trailer in 50-bar- in 950-bar- in 700-bar-
tankstelle
mit 30 bar Ausgangsdruck mit 200 bar Grosstank Hochdruckspeicher Tank der PKWs
H2-Tankstelle mit Wechselspeichern
verdichten überströmen
auf 950 bar auf 700 bar
Verdichtereinheit Kapazität Pkw →
Verdichtetes Gas wie H2 kann nur mithilfe von Druckunter- Unter Berücksichtigung der Betankungsdauer, der lokal ge- H2-Speicherung H2-Verbrauch
schieden befördert werden. So wird neben einem Speicher- speicherten H2 -Menge und der Verdichterleistung können in 950-bar- in 700-bar-
verdichten Hochdruckspeicher Tank der Pkws
tank und einer Tanksäule auch eine Verdichtereinheit benö- bei den aktuell in der Schweiz geplanten H2 -Tankstellen ma- auf 350 bar H2-Transport
tigt, wo H2 verdichtet bzw. komprimiert wird. ximal etwa vier Lkwʼs und acht Pkwʼs in der Spitzenstunde durch Wechselspeicher
mit 350 bar
Für den wirtschaftlichen und leistungsfähigen Betrieb betankt werden. Im Dauerbetrieb und bei laufendem Tausch H2-Produktion H2-Speicherung H2-Verbrauch
in 500-bar- in 350-bar-
der Verdichtereinheit ist ein möglichst hoher Eingangsdruck der leeren Wechselbehälter ist die maximale Anzahl der Be- mithilfe Wasserelektrolyse
mit 30 bar Ausgangsdruck Hochdruckspeicher Tank der Lkws
massgebend. Einfach gesagt: je höher der Eingangsdruck, tankungen abhängig vom Fahrzeugmix und von der durch-
desto höher die Leistung des Verdichters. So fällt bei aktuell schnittlichen Verdichtungsleistung. Eine Steigerung der Leis- Lkw →
erhältlichen H2 -Tankstellen-Systemen die Leistung des Ver- tung ist durch den Einsatz zusätzlicher Verdichter möglich.
verdichten überströmen
dichters auf ca. 20 – 25 % der maximalen Leistung. auf 500 bar auf 350 bar
Beispiel: Leistung Verdichter ca. 82 kg/h bei 350 bar Ein-
gangsdruck gegenüber ca. 22 kg/h bei 25 bar Eingangsdruck, An H2-Tankstellen können Möglicher Grundriss einer H2-Tankstelle mit Wechselspeichern
durchschnittliche Leistung ca. 52 kg/h. Bei einem ortsfesten
Speicher ist mit einem maximalen Eingangsdruck von ca. 50 etwa vier Lkwʼs und Tankstellenshop Tankstellendach
bar zu rechnen, was eine Reduktion der durchschnittlichen
Leistung auf ca. ein Viertel der oben genannten Verdichter-
leistung bedeutet. Von der durchschnittlichen Verdichter-
acht Pkwʼs in der Spitzen-
leistung ist die maximale Anzahl zu betankender Fahrzeuge
abhängig.
stunde betankt werden.
Hochdruckspeicher Herausforderung Temperatur
Die Speicherung des verdichteten Wasserstoffs erfolgt in zwei Die Betankungen von Personen- und Lastwagen erfolgen im
durch Wechselspeicher
Druckstufen in lokalen Hochdruckspeichern: 500 bar für die Grundsatz nach dem gleichen Prinzip. Jedoch lassen die
H2-Transport
Betankung der Lastwagen und 950 bar für die Betankung von Druckunterschiede nicht gleiche Verfahren zu, denn am Ort H2-Tanksäule
Personenwagen. der Verdichtung von Gasen entsteht Wärme. Diese ist unter Pkw/Lkw
anderem durch die technischen Gegebenheiten (z. B. maximal
Säule/Betankung Materialtemperaturen am Fahrzeugtank, maximal zulässiger
Die Betankung der Fahrzeuge basiert auf dem Prinzip des Druck im Fahrzeugtank usw.) bestimmt. So kann eine Betan-
Überströmverfahrens. Durch den Druckunterschied zwi- kung von Personenwagen nur mit gekühltem Wasserstoff
schen den Hochdruckspeichern und dem Fahrzeugtank er- stattfinden, bei Lastwagen kann hingegen auf eine Kühlung
folgt die Betankung ohne zusätzliche Energieaufwendungen. verzichtet werden. Die Erwärmung ist abhängig von mehreren
Container Docking
Kühlanlage
Vor der Freigabe einer Betankung erfolgt eine Prüfung der Faktoren, wobei die H2-Gastemperatur und die Verdichtungs-
Station
Dichtigkeit der Verbindung der Zapfpistole zum Fahrzeug- geschwindigkeit die Hauptfaktoren darstellen. So definiert Zaun
tank. Nach der Betankung muss der vorhandene Druck im die maximal zulässige Erwärmung direkt die Geschwindigkeit H2-Transport Container Docking
System über ein Abblaskamin entlastet werden. Ohne diese des Betankungsvorgangs. Messungen bei einer Testtankung durch Wechselspeicher Station
Entlastung kann die Verbindung zwischen Tanksäule und eines Lastwagens haben ergeben, dass sich der Fahrzeugtank Abblaskamin
Verdichtercontainer
Fahrzeug nicht getrennt werden. um mehr als 40 °C erwärmt hat.
inkl. Hochdruckspeicher
Für Personenwagen und Lastwagen werden unterschied- Die Umgebungstemperatur stellt einen weiteren begren- 950 bar
Zaun
liche, den Druckstufen entsprechende Zapfsysteme verwen- zenden Faktor dar, da sich der Fahrzeugtank erwärmen kann,
det. Die durchschnittlichen Betankungsmengen betragen für wenn sich die Aussentemperatur verändert, und der maximal Zwei Plätze für Speichercontainer.
Es befindet sich aber immer nur ein
Personenwagen ca. 4 kg H2 bei maximalem Fülldruck von zulässige Druck im Fahrzeugtank zu keinem Zeitpunkt über- Container auf dem Platz. Ein voller
700 bar und für Lastwagen ca. 25 kg H2 bei maximalem Füll- schritten werden darf. So muss beispielsweise bei Lkw- Hochdruckspeicher wird angeliefert, und der leere wird
druck von 350 bar. Betankungen unterhalb von 10 °C Umgebungstemperatur die 500 bar mitgenommen.
maximale Füllmenge reduziert werden.22 Wasserkraftwerk der Alpiq 23
Im Schatten des imposanten Kühlturms des Kernkraftwerks Thomas Fürst. Darum sieht er die Zukunft der Brennstoffzelle
Gösgen stellt das Wasserkraftwerk von Alpiq seit Februar vor allem im Lastwagenverkehr und bei Personenwagen auf
2020 nicht nur Elektrizität her, sondern mittels Elektrolyse grösseren Distanzen. Auf kurzen Distanzen sei das batterie-
auch den immer gefragteren CO2-freien Wasserstoff. elektrisch betriebene Auto durchaus eine valable Alternative.
«Einer der Generatoren des Wasserkraftwerks ist direkt «In der Luftfahrt dürften künftig wohl Synfuels, also syntheti-
mit unserem Elektrolyseur verbunden», sagt Thomas Fürst, sche Treibstoffe, interessanter sein», ist Fürst überzeugt.
Geschäftsführer der Alpiq Hydro Aare AG, zu der das Was- Das erste Projekt von Hydrospider, die 2-MW-Elektrolyse-
serkraftwerk gehört, und zugleich von Hydrospider, welche anlage beim Alpiq Wasserkraftwerk Gösgen, kann bis zu 300
die Wasserstoff-Produktionsanlage betreibt. An Hydrospider Tonnen Wasserstoff pro Jahr produzieren und stellt somit die
beteiligt sind zu je 45 Prozent Alpiq und H2 Energy sowie zu Versorgung von 40 bis 50 Lastwagen oder 1700 Personenwa-
10 Prozent die Linde-Gruppe. Hier wird aus Wasserkraft gen sicher. Für Geschäftsführer Fürst ist klar, dass dies erst
Strom, der Strom zu Wasserstoff und später dann der Was- der Anfang ist: «Unser Ziel ist es, die Technologie nach und
serstoff im Brennstoffzellen-Fahrzeug wieder zu Strom und nach zu skalieren.» Der Anspruch des Unternehmens sei, die
Wasser, so lässt sich der energetische Kreislauf stark verein- Nachfrage nach grünem Wasserstoff in der Schweiz im gros-
facht in einem Satz laut Thomas Fürst zusammenfassen. sen Stil abdecken zu können – ob durch Eigenproduktion
Die Wasserstoff-Produktionsanlage besteht im Wesentli- oder Beschaffung bei Dritten ist dabei offen. Wichtig sei, dass
chen aus einem Transformator und drei Containern: Erst wird Wasserstoff als Treibstoff für die Endkundschaft auch preis-
der hochspannige Wechselstrom aus dem Generator von lich attraktiv sei, was zumindest im Schwerverkehr bereits
10 000 Volt auf 400 Volt heruntertransformiert. In einem ers- zum jetzigen Zeitpunkt der Fall sei. «Umgerechnet auf die ge-
ten Container wird danach der Wechselstrom zu Gleichstrom fahrene Distanz kommt Wasserstoff schon heute den End-
gerichtet. Anschliessend folgt die Elektrolyseanlage, wo das kunden gleich teuer zu stehen wie die herkömmliche Diesel-
Wasser mithilfe des Stroms getrennt wird. In verschiedenen technologie», sagt Fürst.
sogenannten Stacks werden die Wasserstoffmoleküle von
In Gösgen beginnt
den Sauerstoffmolekülen separiert und aufgefangen. Wäh-
rend der Sauerstoff via Abzug an die Umwelt abgegeben wird,
gelangt der Wasserstoff in den dritten Container, in dem sich Grüner Wasserstoff wird
die Verdichtungsanlage befindet. Von hier aus wird das Gas
mittels einer nur zentimeterdünnen Rohrleitung in die eine wichtige Rolle spielen.
die industrielle
350-bar-Druckbehälter transportiert. Die Behälter werden da-
nach auf der Strasse zur Tankstelle gefahren und stehen dort
für die Betankung von Personenwagen (700 bar Druck) und
Lastwagen (350 bar) bereit. Dass sich Wasserstoff durchsetzen wird, davon ist der Hydro-
Produktion von
Sogar wenn die Aare nur wenig Wasser führe, reiche spider-Geschäftsführer überzeugt. Dies nicht zuletzt deshalb,
der Pegelstand aus, um den für die Wasserstoffproduktion weil zahlreiche Tankstellenbetreiber und damit Mitglieder
notwendigen Strom herzustellen, sagt der Hydrospider- von Avenergy Suisse, aber auch wichtige Player in der Auto-
Geschäftsführer: «Das Wasserkraftwerk ist auf 50 Megawatt industrie, das Potenzial der Technologie erkannt haben.
Leistung ausgelegt, für die H2 -Produktion benötigen wir ge- Dank dem Zusammenspiel des Hyundai-Trucks, der Tankstel-
grünem Wasserstoff
rade Mal zwei Megawatt.» Selbst bei niedrigem Pegelstand len und der Logistiker im Förderverein H2 Mobilität Schweiz
bleibe damit genügend Reserve, sowohl für den Elektroly- und des Produzenten Hydrospider besteht heute das soge-
seur als auch für die Stromproduktion. nannte «Huhn-Ei-Problem» nicht mehr. Im Bereich der Mobi-
«Grüner Wasserstoff ist einer der Schlüssel für die sinnvol- lität werde grüner Wasserstoff künftig eine wichtige Rolle
le und effektive Transformation von fossilen Treibstoffen auf spielen, so Fürst. Und auch in der Industrie werde das Pro-
emissionsfreie Elektromobilität», ist Thomas Fürst überzeugt. dukt künftig mehr und mehr gefragt, ist er überzeugt: «Wer in
Schon seit Jahrtausenden nutzen die Menschen Mit dem grünen Wasserstoff fördere Hydrospider die «Dekar-
bonisierung des Schwerverkehrs». In diesem Bereich sieht der
der Produktion H2 einsetzt, wird künftig vermehrt darauf be-
dacht sein, dass es sich um grünen Wasserstoff handelt.»
die Wasserkraft. Seit rund 150 Jahren wird mit ihr Strom Hydrospider-Geschäftsführer auch das grösste Potenzial für
die Anwendung im Alltag: «Mit 30 Kilogramm Wasserstoff
Wer weiss, vielleicht wird man dereinst im Jahr 2170 bei ei-
nem Spaziergang entlang der Aare in Gösgen auf die heutige
produziert – und in Gösgen seit diesem Jahr auch in fährt ein Brennstoffzellen-Elektro-Lkw rund 400 Kilometer
weit. Solche Distanzen erreicht man mit der Batterietechnik
Zeit zurückblicken und beim Anblick des Flusskraftwerks
nachdenklich feststellen: Schon seit Jahrtausenden nutzen die
grossem Stil CO2-freier Wasserstoff für die aufkommenden nur mithilfe von vergleichsweise schweren Akkus.» Dieses Zu- Menschen die Wasserkraft, und seit rund 150 Jahren wird hier
satzgewicht gehe aber an der Nutzlast verloren. «Die Energie- mit dem daraus hergestellten Strom auch der für die Wirtschaft
Brennstoffzellenfahrzeuge. dichte von Wasserstoff ist einfach erheblich grösser», erläutert und den Verkehr so wichtige grüne Wasserstoff produziert.24
Langsam, aber 25
sicher taucht
© EQRoy / Shutterstock.com
Wasserstoff in
© Alstom/Michael Wittwer
Brennstoffzellentaxi in Frankreich.
Joint Venture des Taxiunternehmens STEP (Hype), von
ganz Europa auf
Toyota Frankreich, dem französischen Wasserstoffspezialis-
ten Air Liquide und dem französischen Energieversorger Idex.
Ziel ist ein vollständiger «Null Emissionen»-Taxisektor bis
2024 für die Olympischen Spiele.
Ein weiterer Schritt auf dem Weg zum Wasserstoff war die
Ankündigung des französischen Autoherstellers Renault im
Oktober, seine Elektrofahrzeuge – Kangoo Z.E. und Master
Z.E. – mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Range-Extender
auszurüsten.
Es ist noch nicht die grosse Revolution, aber Europa setzt ver- Semi-Trucks mit Wasserstoff sind noch kaum in Sicht. Aller- Der weltweit grösste deutsche Autozulieferer Bosch un-
mehrt auf Wasserstoff. Im vergangenen Jahr wuchs das euro- dings will der in Arizona ansässige Elektrolastwagenherstel- terzeichnete eine Vereinbarung mit dem schwedischen Un-
päische Netz der öffentlich zugänglichen Wasserstofftankstel- ler Nikola in diesem Jahr seinen mit dem deutschen Automo- ternehmen PowerCell, einer Abspaltung von Volvo, um die
len um 36 auf insgesamt 177. Deutschland bekam mit 22 neuen bilzulieferer Bosch entwickelten Nikola One auf den Markt Produktion und die gemeinsame Entwicklung von Brenn-
Wasserstofftankstellen den Löwenanteil. In anderen Teilen der bringen. Der Brennstoffzellen-Lastwagen soll über eine stoffzellen für Personenwagen und Lastwagen zu beschleu-
Welt wurden 47 zusätzliche neue H2-Tankstellen eröffnet: 38 in Reichweite von 1200 bis 2000 Kilometer verfügen. nigen. Durch die Kombination von zwei oder mehr soge-
Asien, 8 in Nordamerika und eine in der arabischen Region. Genaue Zahlen für die Anzahl der Wasserstofffahrzeuge nannten «Stacks» wollen beide Unternehmen die gesamte Mit Wasserstoff betriebener Zug in Deutschland.
Ende 2019 betrug die Gesamtzahl der öffentlich zugäng- in Europa sind schwer zu finden, da Wasserstoffautos, -trans- Bandbreite von PW bis zu schweren Lastwagen abdecken.
lichen Wasserstofftankstellen weltweit 432, davon 320 zur porter oder -lastwagen nicht weit verbreitet sind und in den Ein neuer Stack wurde im September vorgestellt. Der US- Der französische Bahnbauer Alstom hingegen ist der Pionier
Betankung einzelner Wasserstofffahrzeuge. In den vergan- Zulassungszahlen des europäischen Automobilherstellerver- Hersteller Nikola ist der Erste, der ihn für seinen H2 -Last- für Wasserstoffzüge. Im September 2018 startete der erste
genen fünf Jahren hat sich die Zahl der Tankstellen vervier- bandes ACEA kaum auftauchen. wagen bestellt, zusammen mit einem «nicht genannten» kommerzielle Wasserstoffzug der Welt seine tägliche Runde
facht. Und 226 weitere sind an ausgewiesenen Standorten Deutschland, das bei wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen Autohersteller. im deutschen Niedersachsen auf der 100 Kilometer langen
geplant. in Europa die Führung übernimmt, hatte laut IHS Markit Mit- In Frankreich haben die Automobilzulieferer Michelin und Strecke von Cuxhaven nach Buxtehude. Wasserstoffzüge wer-
te 2009 etwa 520 FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles). Ende 2018 Faurecia im März vergangenen Jahres ein Joint Venture den voraussichtlich in Zukunft auf allen nicht elektrifizierten
Deutschland vor Frankreich wurde davon ausgegangen, dass etwa 1600 Brennstoffzellen- gegründet, in dem sie ihre gesamten Wasserstoffaktivitäten Bahnstrecken die Dieselzüge ersetzen.
Die Zahlen stammen von H2Stations.org, einem Service des autos in Europa unterwegs sein würden. zusammenlegen. Michelin war ein Pionier – insbesondere
deutschen Beratungsunternehmens für nachhaltige Energie durch eine Investition in Symbio. Dieses in Grenoble ansäs-
und Mobilität, der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH.
Von den 177 Wasserstofftankstellen in Europa verfügt
600 Wasserstofftaxis für Paris
Eine bemerkenswerte Initiative ist das HysetCo-Projekt in
sige Start-up-Unternehmen stellt eine Brennstoffzelle her,
um Standard-Elektrofahrzeuge – wie die Transporter von
Der französische
Deutschland über deren 87. An zweiter Stelle steht Frank-
reich mit 26 betriebsbereiten und 34 geplanten neuen Statio-
Frankreich, das unter dem Markennamen Hype eine Flotte
von 600 wasserstoffbetriebenen Taxis in Paris aufbaut. Hype
Renault – anzupassen und ihre Reichweite um etwa 180 Kilo-
meter zu erhöhen.
Bahnbauer Alstom
nen. Doch während im übrigen Europa der Schwerpunkt auf
einzelnen Wasserstofffahrzeugen liegt, sind in Frankreich die
erweitert seine Flotte von 100 Hyundai-Wasserstofftaxis bis
Ende dieses Jahres um 500 Toyota Mirai FCEV. HysetCo ist ein Wasserstoffbusse und -züge hingegen ist der Pionier
meisten Stationen für Busse vorgesehen. Im öffentlichen Nahverkehr hält der Wasserstoff im Bus-
Im Rest der Welt ist Asien mit 178 Stationen auf dem Was- sektor Einzug. Verschiedene Städte und Busunternehmen für Wasserstoffzüge.
serstoffpfad führend. Japan beansprucht den Löwenanteil in ganz Europa experimentieren mit Brennstoffzellenbus-
mit 114, gefolgt von Südkorea mit 33. Es ist nicht überra-
schend, dass dies die Heimatländer der Wasserstoffautoher-
Ziel ist ein vollständiger sen. Der belgische Bushersteller Van Hool, die niederländi-
sche VDL und die polnische Solaris (im Besitz der spani- Der Wasserstoffpersonenzug Alstom Coradia iLint hat die
steller Toyota, Honda und Hyundai sind. In China werden
die – soweit bekannt – 27 Wasserstofftankstellen vor allem
«Null Emissionen»-Taxi- schen CAF) sind wichtige europäische Akteure in dieser
Technologie.
gleichen Leistungen wie sein Dieselpendant, mit einer
Höchstgeschwindigkeit von 140 km/h und vergleichbarer
für Busse und Lastwagen genutzt.
Die Verfügbarkeit von Wasserstoffautos – meist japani- sektor bis 2024 für Auch im mittelschweren Transportsektor scheinen sich
die Dinge zu bewegen. Ein Beispiel ist E-Trucks Europe, ein
Beschleunigungs- und Bremsleistung. Er verfügt über eine
Reichweite von 800 Kilometern, ohne nachtanken zu müs-
scher Herkunft – ist auch der Hauptgrund dafür, dass es im belgisch-niederländisches Unternehmen, das sich auf die sen. Im Gegensatz zum Dieselzug gibt er nur Dampf und
Land von Donald Trump nur 74 Wasserstofftankstellen gibt. die Olympischen Spiele. Umrüstung neuer oder gebrauchter Lastwagen in Brennstoff- Wasser ab. Langsam, aber sicher taucht Wasserstoff in ganz
Davon befindet sich der Grossteil in Kalifornien (48). In Kali- zellen-Fahrzeuge spezialisiert hat. Einige wasserstoffbetrie- Europa auf.
fornien sind heute 8225 Brennstoffzellenautos in Betrieb, ge- bene Müllwagen fahren beispielsweise bereits erfolgreich in
least oder im Besitz der Nutzerinnen und Nutzer. beiden Ländern.Sie können auch lesen
