„Grüner Wasserstoff“für Stadtverkehr und Autobahnen
Mit Wasserstoff betriebene Autos werden seit einigen Jahren in einer sehr begrenzten Anzahl produziert. An der Technischen Universität Graz wurde nun ein Verfahren entwickelt, in dem die Wasserstoffproduktion direkt an einer Tankstelle erfolgen kann.
In Graz war ein Prototyp eines mit Wasserstoffantrieb ausgerüsteten Autobusses bereits vergangenen Sommer im Testbetrieb unterwegs, nun auch neun Tage in Wien – und zwar auf der Buslinie 39A. Bei allen bisher praktizierten Probeläufen stellt sich freilich das Problem der Befüllung der Treibstofftanks. Die Technische Universität (TU) Graz berichtet nun von einem neuen System für eine flächendeckende Verfügbarkeit von Wasserstoff – von „grünem Wasserstoff“, wie betont wird: Forschende der TU haben gemeinsam mit dem Grazer Start-up Rouge H2 Engineering ein kostengünstiges Verfahren zur dezentralen Erzeugung von hochreinem Wasserstoff entwickelt.
Die Arbeitsgruppe „Brennstoffzellen und Wasserstoffsysteme“am TU-Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik hat nach Möglichkeiten gesucht, die Wasserstoffproduktion attraktiver zu machen. Derzeit wird Wasserstoff überwiegend zentral aus fossilen Rohstoffen erzeugt und in einem kosten- und energieintensiven Prozess komprimiert oder verflüssigt. Erst dann könnte er auch zu Tankstellen geliefert werden. Aber auch an den Zapfstellen ist eine teure Infrastruktur mit hohen Investitionskosten erforderlich. „Wir haben eine Technologie entwickelt“, sagt Arbeitsgruppenleiter Viktor Hacker, „in der Wasserstoff aus Biogas gewonnen wird.“Im Unterschied zur Industrie, die Wasserstoff vorwiegend aus fossilen Rohstoffen wie Erdgas erzeugt.
Fünf Zapfsäulen in Österreich
Die gegenwärtig am Markt verfügbaren Autos mit Wasserstoffantrieb werden in Korea und Japan (Hyundai, Toyota, Honda) erzeugt. Weltweit sind bereits über 11.000 derartige Pkw am Markt, so Hacker. Aber auch in Österreich kann an fünf öffentlich zugänglichen Tankstellen Wasserstoff bezogen werden. Für ein erstes (begrenztes) Netz sind im Bundesgebiet 30 bis 40 WasserstoffTankstellen erforderlich. Die Reichweite eines mit Wasserstoff angetriebenen Pkw beläuft sich auf ca. 500 Kilometer.
Das Team rund um Hacker hat im Rahmen des von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG geförderten Projekts HyStorm (Hydrogen Storage via Oxidation and Reduction of Metals) die sogenannte Chemical-Looping-Hydrogen-Methode entwickelt. Dabei handelt es sich um ein neues Verfahren zur dezentralen und klimaneutralen Wasserstofferzeugung, das in einem platzsparenden On-Site-on-Demand-System (Osod) für Tankstellen und Energieanlagen mündet, das vor Ort und nur auf Nachfrage den Treibstoff produziert.
Der in der TU Graz konstruierte Wasserstoffgenerator ist mit einer integrierten Speichervorrichtung verbunden. Im Osod-System erfolgt die Wasserstofferzeugung durch die Umwandlung von Biogas, Biomasse oder Erdgas zu einem Synthesegas. Die darin enthaltene Energie wird mithilfe eines Redox(Reduktions-Oxidations-)Verfahrens in einem Metalloxid (Eisen oder eisenbasiert) gespeichert, das verlustfrei gelagert und gefahrlos transportiert werden kann. Hacker:
(H2) ist das leichteste und häufigste chemische Element im Universum. Es ist nahezu unbegrenzt verfügbar und lässt sich auch aus Abfällen herstellen. Kraftfahrzeuge mit Wasserstoffantrieb werden derzeit nur in einer sehr begrenzten Anzahl produziert. Das erste Wasserstoffauto, der Toyota Mirai, wird bereits seit 2014 in Serie hergestellt. Der Wasserstoff wird in zwei speziellen Tanks unter dem Fahrzeuginnenraum gespeichert und von einer Hochleistungs-Brennstoffzelle in Strom umgewandelt. Das Befüllen des Tanks dauert (im Unterschied zu Elektroautos) nur wenige Minuten. Die Reichweite beträgt ca. 500 km.
„Die anschließende bedarfsorientierte Produktion des Wasserstoffs erfolgt durch die Zufuhr von Wasser in das System.“Das eisenbasierte Material wird mit Dampf beschickt, dabei wird hochreiner Wasserstoff freigesetzt. Die derzeit für die Wasserstofferzeugung aus Biogas oder Biomasse benötigten aufwendigen und kostenintensiven Gasreinigungsverfahren sind nicht mehr erforderlich.
Das von der TU-Forschungsgruppe entwickelte Osod-Verfahren wurde vom Kooperationspartner weiterentwickelt und könnte nun vertrieben werden. Gernot Voitic von Rouge H2 Engineering sieht einen großen Vorteil für Tankstellen: „Das Osod-System kann bei geringer Nachfrage in den StandbyModus wechseln und die Wasserstoffproduktion jederzeit bei Bedarf wieder aufnehmen.“
Die Kosten für die Installation einer Zapfsäule würden zwischen einer und zwei Millionen Euro liegen. „Die zu errichtende Infrastruktur“, so Hacker, „ist jedenfalls kostengünstiger als jene für Schnellladestationen für E-Autos.“Das Forschungsprojekt HyStorm ist an der TU Graz im Field of Expertise „Mobility & Production“verankert und zählt zu einem von fünf Forschungsschwerpunkten der Universität.