Brennstoffzellen: Zukunft für den Verkehrssektor
Fossile und nukleare Brennstoffreserven werden immer knapper – um den Energiebedarf nachhaltig und umweltgerecht decken zu können, müssen wir also zunehmend auf erneuerbare Alternativen setzen. Dadurch wird es notwendig, einen genaueren Blick auf die Ressourcen zu werfen, die uns aktuell zur Verfügung stehen und die wir auch langfristig nutzen können. Auf den europäischen und asiatischen Märkten werden in hohem Tempo neue Energiespeicher- und Energieversorgungslösungen auf der Grundlage von batterie- und wasserstoffbasierten Technologien entwickelt. Zu den besten Lösungen für eine zukunftsfähige, umweltfreundliche Energiespeicherung und -versorgung durch mobile und stationäre Anwendungen zählen Hybridsysteme mit Batterien und Brennstoffzellen.
Dieser Artikel zeigt auf, inwiefern die Membranpumpen von KNF bereits heute zu diesem langfristigen Energieerzeugungsziel beitragen und worin das Zukunftspotenzial von Brennstoffzellen liegt.
Definition und Vorteile
Bei Wasserstoff-Brennstoffzellen handelt es sich um galvanische Zellen, die durch eine chemische Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff elektrische Energie erzeugen. Dabei werden ausschließlich Wasser und Hitze freigesetzt. Diese Zellen werden häufig mit Batterien verglichen, sie weisen jedoch im Vergleich mehrere Vorteile auf. Batterien funktionieren mit vorab gespeicherter Energie, d. h. sie müssen aufgeladen und regelmäßig ausgetauscht werden. Dies führt zu Ausfallzeiten und einer geringeren Produktivität auf Seiten der Hersteller und Nutzer. Brennstoffzellen hingegen generieren Strom und können schnell aufgetankt werden. Auch die Entsorgung von Batterien ist für die Umwelt bedenklich, während Wasserstoff-Brennstoffzellen keinerlei CO2-Emissionen verursachen und umweltbewussten Nutzern somit eine unbedenkliche Möglichkeit für Energieunabhängigkeit bieten.
Brennstoffzellen in Aktion
In modernen Megakraftwerken wird Erdgas in großem Umfang in Elektrizität und Wärme umgewandelt. Leistungsfähige Wärme- und Elektrizitätskraftwerke werden unter anderem eingesetzt, um Biogas aus Landwirtschafts- und Industrieabfällen zu recyceln. Gas kann aber auch in kleinerem Umfang in Elektrizität und Wärme umgewandelt werden. Und für diesen Zweck liegt großes Potenzial in der Brennstoffzellentechnologie.
Wasserstoff-Brennstoffzellen können für den Betrieb unterschiedlichster Verbraucher – von Laptops über Personenkraftwagen bis hin zu Gebäuden – eingesetzt werden und haben bei jeder Anwendungsgröße einen hohen Wirkungsgrad. Beim Einsatz in der Stromerzeugung können Gesamtwirkungsgrade von 80 % oder mehr erreicht werden. Brennstoffzellensysteme, die mit der Herstellung und Speicherung von Wasserstoff kombiniert werden, können für den Betrieb von Fahrzeugen oder für die Stromversorgung von Gemeinden genutzt werden. Dabei stellen diese Systeme nicht nur eine wirtschaftlich günstige Energiequelle dar, sie bieten auch eine einzigartige Gelegenheit für Energieunabhängigkeit bei gleichzeitiger CO2-Emissionsfreiheit.
Wachsendes globales Interesse
Europa gilt zwar nicht als Vorreiter auf dem Gebiet der Brennstoffzellen – in der Schweiz werden gerade einmal 100 Brennstoffzellengeräte genutzt, in Deutschland immerhin einige Tausend – der Markt hat aber dennoch großes Potenzial. Die Gemeinsame Initiative für Wasserstofffahrzeuge in Europa JIVE (Joint Initiative for Hydrogen Vehicles across Europe) setzt in erster Linie auf Projekte mit erwarteten nachhaltigen Auswirkungen auf die Nachfrage nach Brennstoffzellen im Verkehrssektor. Ziel der Initiative ist der Einsatz von 139 neuen, emissionsfreien Brennstoffzellenbussen in fünf europäischen Ländern bis 2020 sowie die entsprechende Anpassung der Infrastruktur zur Betankung.
In den USA konzentriert man sich auch auf stationäre und tragbare Anwendungen, wobei allerdings auch dort der Hauptfokus auf dem Verkehrssektor liegt. Während das Interesse an der Brennstoffzellentechnologie also weltweit wächst, liegt das größte unmittelbare Potenzial im asiatisch-pazifischen Raum.
Asien setzt auf Brennstoffzellen
In Ländern wie China, Japan und Südkorea haben lokale Behörden Anreizprogramme ins Leben gerufen, um die Nutzung von sauberer Energie zu fördern.
Bis jetzt sind auf den Straßen Chinas zwar nur etwa 5000 wasserstoffbetriebene Fahrzeuge unterwegs, die Regierung hat jedoch beschlossen, die Wasserstoffbranche mit bis zu 17 Milliarden US-Dollar zu unterstützen. Diese Mittel waren ursprünglich für die Subventionierung von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) gedacht. China erkennt damit das Potenzial der Brennstoffzellentechnologie an, insbesondere für Schwerlastfahrzeuge. Die aktuelle Batterieantriebstechnologie ist für diese Nutzfahrzeuge nicht ausreichend, da die Batterien für den Betrieb solch großer Fahrzeuge mehrere Tonnen schwer sind und lange Ladezeiten bei nur einigen Hundert Kilometer Reichweite aufweisen.
China ist aber nicht das einzige asiatische Land mit großem Potenzial für den Brennstoffzellenmarkt. Auch Japan und Südkorea werden voraussichtlich eine wichtige Rolle spielen. Das weltweite Auslaufen von BEV-Subventionen und die Einführung staatlicher Förderungen von brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeugen in Asien bieten vielversprechende Chancen für die Automobilbranche. Da im asiatisch-pazifischen Raum zusätzlich das Interesse an Anwendungen im Schwerlasttransport wächst, wird erwartet, dass Zulieferer von Brennstoffzellenkomponenten von einem deutlichen Anstieg der Nachfrage profitieren werden.
Pumpen mit Power
KNF spielt eine zentrale Rolle bei der Lieferung von Pumpen an Hersteller von PEM-Brennstoffzellen für den Einsatz in Gabelstaplern, tragbaren Geräten, Transportfahrzeugen und in der Stromversorgung. Mit ihrer kompakten Größe und dem geringen Strombedarf sind die KNF Pumpen ideal für viele Anwendungsgebiete in der Gas- oder Flüssigkeitsbeförderung innerhalb von Brennstoffzellensystemen. In PEM-Brennstoffzellen werden die Membranpumpen von KNF primär dafür eingesetzt, Wasserstoffgas unter Druck durch einen Brennstoffzellenstapel umzuwälzen, um die elektrische Leistung zu maximieren. Die Flüssigkeitspumpen von KNF werden außerdem zur dosierten Einspeisung verschiedener Brennstoffe wie Methanol, Kerosin oder Pflanzenöl in das Brennstoffzellensystem verwendet. Da in Brennstoffzellensystemen Pumpen in der Regel den meisten Lärm verursachen, liefert KNF zuverlässige Pumpen mit minimaler Geräuschsignatur und langer Lebensdauer.
Eine vielversprechende Zukunft
Es kann zu Recht angenommen werden, dass die Veränderungen im Verbraucherverhalten die Nachfrage auf den Wasserstoff- und Brennstoffzellenmärkten ankurbeln werden. Jüngste Forschungen zeigen, dass der weltweite Wasserstoff- und Brennstoffzellenmarkt zwischen 2020 und 2025 wahrscheinlich um fast 15 % pro Jahr wachsen wird. Die Zahl an Wasserstofftankstellen wächst bereits jetzt auf der ganzen Welt, und man kann davon ausgehen, dass dieses rasante Wachstum die Nachfrage nach Brennstoffzellenfahrzeugen fördern und das Marktwachstum über den Prognosezeitraum hinaus erhöhen wird. Und mit der allmählichen Etablierung der Brennstoffzellentechnologie leistet KNF mit ihren Pumpen einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung der Zukunft.
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