E-Auto fahren und dennoch nur wenige Minuten fürs Tanken halten müssen? Ist das möglich? Natürlich, mit Wasserstoffautos wie dem BMW iX5 Hydrogen. Doch wie funktioniert ein Wasserstoffauto? Was ist ein Brennstoffzellsystem? Welche Vorteile bietet diese Technologie, vor welchen Herausforderungen steht sie? Wir klären für Sie die wichtigsten Fragen.
Dieser Blog-Artikel sammelt Infos über Wasserstoff H₂ Brennstoffzellen [kurz: H₂BZ] aller Art, deren Technik und Einsatz
Was macht eine Brennstoffzelle mit Wasserstoff H₂?
Zur Verstromung von Wasserstoff(H2) wird eine Brennstoffzelle benötigt, konkret handelt es sich dabei genau genommen um eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Man spricht auch oft einfach von der „Wasserstoff-Brennstoffzelle“. Im Folgenden werden „Brennstoffzelle“ und „Wasserstoff-Brennstoffzelle“ synonym verwendet. In Wasserstoff-Brennstoffzellen dient Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff (O2) als Oxidationsmittel. Indem sie chemische Energie direkt in elektrische Energie und Wärme umwandeln, verfügen Wasserstoff-Brennstoffzellen über signifikant höhere Wirkungsgrade als konventionelle Kraftwerke.
In Kombination mit einem Brennstoffspeicher und einer Wasserstoff-Rezyklierung ermöglichen Brennstoffzellsysteme eine schadstofffreie Energieerzeugung. Das Leistungsspektrum von Wasserstoff-Brennstoffzellen reicht vom sub-kW-Bereich einzelner Zellen bis in den MW-Bereich in Form virtueller Kraftwerke. Dabei erstreckt sich das Einsatzgebiet von Wasserstoff-Brennstoffzellen von der Wärme- und Stromversorgung in Gebäuden über netzferne Anwendungen bis hin zum Antrieb von Fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen. Gerade durch die Diskussionen rund um die Rolle von Wasserstoff für die E-Mobilität sind Brennstoffzellen verstärkt in den Fokus gerückt.
Wie funktioniert eine Brennstoffzelle und wie ist diese aufgebaut? Eine Brennstoffzelle besteht aus einem Verbund von mehreren Zellen, die durch Separatoren getrennt werden und zu einem Stapel bzw. Stack angeordnet sind. Der Aufbau einer Brennstoffzelle erfolgt planar in Schichten oder bei oxidkeramischen Brennstoffzellen auch tubular als Röhrensystem. Für die Funktionsweise von Brennstoffzellen spielt die Elektrolyse eine entscheidende Rolle: Den Kern einer einzelnen Brennstoffzelle bildet ein flüssiger bzw. fester Elektrolyt, der beidseitig von bipolaren Elektrodenplatten (Anode und Kathode) eingefasst ist.
Diese Platten besitzen eine poröse Diffusionsschicht (GDL – Gas Diffusion Layer), welche die Reaktionsgase über eine edelmetallbeschichtete Katalysatorfläche führen (Nieder- und Mitteltemperaturbereich) bzw. über einen Katalysator aus Nickel, Keramik oder Stahl (Hochtemperaturbereich). Auf diese Weise wird bei den meisten Brennstoffzellentypen anodenseitig der Wasserstoff gespalten und die Elektronen werden zum elektrischen Verbraucher abgeführt. Die Wasserstoffprotonen wandern durch den Elektrolyten zur Kathodenseite und verbinden sich dort mit dem zugeführten Sauerstoff zu Wasser (H2O).
Wirkungsgrad von Wasserstoff H₂BZ-Brennstoffzellen
Zur Stromerzeugung nutzen Brennstoffzellen Wasserstoff. Der Wasserstoffantrieb in einem Brennstoffzellenfahrzeug ist ein bekanntes Beispiel: Der Strom aus der Brennstoffzelle treibt entsprechende Fahrzeuge an, wobei aus dem Auspuff letztlich nur emissionsfreier Wasserdampf ausgestoßen wird. Aktuell beträgt der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle circa 60 %. Diese Technik ist nicht zu verwechseln mit derjenigen eines Wasserstoffmotors, bei dem es sich nämlich um einen Wasserstoffverbrennungsmotor handelt.
Zum Vergleich: Die Elektrolyse besitzt einen Wirkungsgrad von 60 bis 70 %. Ein moderner Ottomotor bzw. Benziner hat einen Wirkungsgrad von etwa 24 %, Dieselmotoren sind dagegen in der Lage, rund 40 % der im Kraftstoff gespeicherten Energie zu nutzen. Auch Flugzeugtriebwerke erreichen je nach Qualität des Triebwerks ähnliche Wirkungsgrade wie Fahrzeugmotoren. Somit spricht vieles für den Einsatz der Brennstoffzelle bei Fahrzeugen, die täglich größere Strecken zurücklegen und größere Lasten bewegen müssen.
Hyundai enthüllt H₂BZ-Konzeptfahrzeug 650 km Reichweite
Hat der Brennstoffzellenantrieb eine Zukunft? Die Hyundai Motor Company sagt … Ja und stellte auf der „Clearly Committed“ Veranstaltung im Hyundai Motorstudio Goyang das Konzeptfahrzeug Initium mit Brennstoffzellenantrieb (FCEV) vor. Dies gibt einen Ausblick auf ein neues Serienfahrzeug, das Hyundai in der ersten Jahreshälfte 2025 präsentieren wird.
Das Konzept stellt einen Vorboten für ein Serienfahrzeug dar, das Hyundai in der ersten Jahreshälfte 2025 zeigen wird.https://search.app/23YYvmtMiiok3Dau5
Brennstoffzelle für Ammoniak löst mehrere entscheidende Probleme
Wasserstoff als Energieträger und vor allem Energiespeicher ist vielversprechend. Das Gas ist jedoch extrem flüchtig und nur mit Aufwand lagerbar. Ein Umweg verspricht Abhilfe.
Wasserstoff in Strom umwandeln, gelingt recht einfach. Das Problem ist die Speicherung. (Bildquelle: Bosch Hydrogen Energy)https://search.app/EXq7wySZTdkSpaN19
Fraunhofer-Institut baut Ammoniak-Brennstoffzelle
Das Brennstoffzellensystem könnte künftig von Kommunen oder kleinen Unternehmen genutzt werden, um sauberen Strom zu erzeugen.
Brennstoffzellen H₂BZ im Auto: Die Technologie für zuversichtliche Naturfreunde ist auf dem Vormarsch
Die H₂BZ-Technologie kann im Zuge der grünen Transformation eine ernsthafte Alternative zu batterieelektrischen Fahrzeugen und Verbrennermotoren darstellen.
Die Entwicklung der Brennstoffzellen-Technologie begann im 19. Jahrhundert, als der britische Physiker Sir William Grove 1839 die erste funktionierende Brennstoffzelle baute. In den 1960er-Jahren nutzte die NASA Brennstoffzellen zur Energieversorgung ihrer Raumfahrzeuge.https://search.app/33u6Q1Q2Lj24KmG26
Wasserstoffzug von Siemens: Erste Testfahrt im Allgäu
Der Wasserstoffzug von Siemens absolvierte seine zwölfminütige Jungfernfahrt auf der Strecke von Kaufbeuren nach Buchloe. Die H2-Bahn soll ab Mitte 2024 in einem 30-monatigen Pilotprojekt im Streckennetz zwischen Augsburg, Füssen und Peißenberg verkehren. Nach Ende des Projekts will das bayrische Verkehrsministerium entscheiden, ob Wasserstoffzüge in größerem Umfang durch den Freistaat fahren dürfen.
SFC Energy erweitert sein Angebot um Wasserstoff-Brennstoffzellen mit einer Leistung von 1,7 kW und 5 kW und erwirbt IP-Rechte und die bestehende Kundenbasis bei stationären H₂BZ-Wasserstoff-Brennstoffzellen von Ballard Power Systems Europe.
Die Autoindustrie verschläft eine weitere Revolution: H₂BZ
Die Industrie setzt weiterhin auf Wasserstoff H₂. Das sollte auch für die Autoindustrie gelten – doch diese zeigt kaum Interesse und könnte damit eine historische Chance verpassen. [Anm. d. Red.: Ja wirklich!]
Landkreis Rostock: Zwölf neue Wasserstoff-Busse im Einsatz
Seit Mittwoch, 2. Okt. 2024 sind im Landkreis Rostock zwölf neue Busse unterwegs, die ganz ohne Diesel und Benzin auskommen. Betankt werden sie mit lokal produziertem Wasserstoff H₂. Bis Ende des Jahres soll ein Drittel der Busflotte umgestellt werden.
Renault hat ein neues Familienauto-Konzept vorgestellt. Dank Brennstoffzelle als Range-Extender sollen 1.000 Kilometer Strecke im Verbrenner-Tempo gefahren werden können.
Wasserstoff-Auto von BMW! BILD-Zeitung fuhr Prototyp
Für 2028 hat BMW sein erstes mit Wasserstoff H₂ betriebenes Auto angekündigt. In Zusammenarbeit mit Toyota sollen die Brennstoffzellen entstehen. Doch der Münchner Automobilkonzern arbeitet schon länger mit dieser Technik, baute knapp hundert BMW ix5 Hydrogen in einer kleinen Prototypen-Serie, die nicht für den Verkauf gedacht sind.
Ende von Schweröl und Diesel – Diese Lösung soll die ganze Schifffahrt grün machen
Schwerölbetriebenen Ozean-Riesen drohen Hafen-Verbote, Reeder müssen bereits für ihren CO₂-Ausstoß bezahlen: Die Schifffahrt wartet sehnsüchtig auf grüne Lösungen. Eine Firma in Norwegen geht nun voran – und produziert bald H₂BZ-Brennstoffzellen in Serie. Unterstützung kommt aus Deutschland.
Erster Wasserstoffzug der Niederbarnimer Eisenbahn startet
Am Bahnhof im Ortsteil Basdorf gibt es dazu einen Festakt. Anschließend ist eine Sonderfahrt geplant. Die batterie-elektrisch und wasserstoff-betriebenen Züge kommen von Siemens Mobility. Ein Batteriezug hat eine Reichweite von rund 120 Kilometer, ein Wasserstoffzug erreicht bis zu 800 Kilometer.
Die Anlage wird mit gereinigtem Wasser befüllt und kann mit Strom aus der heimischen Solaranlage betrieben werden. Bis zu 40 Liter Wasserstoff pro Stunde können hergestellt werden. Die Reinheit des Wasserstoffs gibt Youon mit 99,99 Prozent an.
Die H₂BZ-Transporter von Renault und Opel der Sprinter-Klasse
präsentieren leichte Transporter mit Brennstoffzelle. Kleine H₂-Nutzfahrzeuge gibt es von vier Stellantis-Marken und anderen Herstellern. Hier die neuesten Last- und Lieferwagen.
Hyundai und Skoda Group: Gemeinsam für H₂BZ-Systeme
Skoda Group und Hyundai wollen mit einer Kooperation Wasserstoff als Energieträger voranbringen. Was daraus konkret folgen könnte, bleibt zunächst offen.
Mahle stellt neue Lösungen für H₂ Brennstoffzellen [kurz: H₂BZ] vor
Arnd Franz, Chef des Zulieferers Mahle, hat auf der IAA Transportation in Hannover ein neues Gesamtsystem für Brennstoffzellen-Lkw präsentiert, zu dem auch eine separat verwendbare E-Achse sowie Verdunstungskühlung gehören.
Opel zeigt auf der Hannover IAA Transportation den Movano mit H₂BZ Brennstoffzelle
Arnd Franz, Chef des Zulieferers Mahle, hat auf der IAA Transportation in Hannover ein neues Gesamtsystem für Brennstoffzellen-Lkw präsentiert, zu dem auch eine separat verwendbare E-Achse sowie Verdunstungskühlung gehören.
Nuvera und Viritech arbeiten bei H₂-Brennstoffzellen-Antrieben zusammen
Die Brennstoffzellen-Spezialisten Nuvera Fuel Cells aus den USA und Viritech aus Großbritannien planen eine Zusammenarbeit. Ziel ist es, bei der Vermarktung, dem Einsatz und der Unterstützung des VPT 60 N-Antriebsstrangs von Viritech für Nutzfahrzeuge zu kooperieren.
Vitesco Technologies wird seinen Achsantrieb EMR3 für ein weiteres Modell an Honda liefern. Der neue Auftrag umfasst den Einsatz des E-Antriebs im neuen CR-V e:FCEV, der im Laufe von 2024 in Kalifornien und Japan erhältlich sein wird.
Hyundai hält am Thema Wasserstoff als Energiespeicher für die Mobilität fest und will ab 2025 einen Nachfolger für den H₂BZ-SUV Nexo vorstellen.
Auf der CES in Las Vegas stellt Hyundai seine Wasserstoffstrategie vor. Die richtet sich im Mobilitätssektor vor allem auf die Nutzfahrzeugsparte – allerdings nicht nur. Denn auch beim Pkw lässt Hyundai in Sachen Wasserstoff nicht locker. So verkündete Hyundai CEO Jaehoon (Jay) Chang bei der Pressekonferenz in Las Vegas, dass die Koreaner nicht nur an der kompletten Wertschöpfungskette von Wasserstoff arbeiten wollen, sondern sich auch um einen neuen Brennstoffzellen-Pkw kümmern.https://www.auto-motor-und-sport.de/neuheiten/zweite-generation-hyundai-nexo-brennstoffzelle-suv-ab-2025/
BMW plant Serieneinsatz von Wasserstoff-H₂BZ-Autos
„Nach unserer Auffassung wird individuelle Mobilität in einer globalen Perspektive ohne Wasserstoff nicht die maximale Wirkung erzielen“, betonte Oliver Zipse.
