H2 in der Raumfahrt

Elektrifizierung (Wasserstoff)

Wasserstoff ist einer der nachhaltigsten Energieträger, wenn er durch Öko-Strom produziert wird. Wasserstoff wird als Treibsotff in der Raumfahrtindustrie schon seit den 1960er eingesetzt. Die NASA setzte in 1960er Jahren für die Apollo-Mond-Mission flüssigen Wasser- und Sauerstoff als Energiequelle ein. Einerseits für den Raktenantrieb und andererseits für die Versorgung der Raumkapsel mit Strom, Trinkwasser, Wärme und Sauerstoff durch alkalische Brennstoffzellen. Auch zukünftig soll Wasserstoff als Energieträger in der Raumfahrt eingestzt werden. Für die ersten bemanten Reisen zum Mars soll Wasserstoff in einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt werden. Die Grundlage bietet ein reversibles Wasserstoffsystem, bei dem Wasser mitgeführt wird, um es dann am Zielort durch Elektrolyse zu Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Der Strom dafür wird mit Hilfe von Solarzellen erzeugt. In den Brennstoffzellen wird der Wasser- und Sauerstoff zu Wärme und Wasser umgewandelt und weiterverwendet. Dadurch entsteht ein fortlaufender Kreislauf. So können über lange Zeiträume Aufenthalte im Weltall umgesetzt werden und Menschen auch an entferntere Orte transportiert werden.

Quellen:

  • Bayerischer Rundfunk (2020): Onlinequelle: Explosives Gas als Energieträger der Zukunft. Erreichbar unter: https://www.br.de/wissen/wasserstoff-energie-kraftstoffe-wasserstoffauto-100.html. Abruf am 15.03.2021.
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR): (o.J.): Onlinequelle: Der Kraftstoff der Zukunft: Wasserstoff. Erreichbar unter: https://www.dlr-innospace.de/innospaceexpo/W&A/Home/content/wasserstoff.html. Abruf am 15.03.2021.

H2 Flugzeug

Elektrifizierung (Wasserstoff)

Das Flugzeug ist eins der beliebtesten Reisemittel, um in den Urlaub zu fliegen oder dienstliche Termine wahrzunehmen. Bei der häufigen Nutzung geraten die hohen Schadstoffwerte oft in Vergessenheit. Dabei sind fünf bis sieben Prozent der globalen Treibhausgase dem Flugverkehr zuzuordnen. Daher sind schadstoffärmere Flugzeuge in Zukunft unerlässlich. Erste Flugzeugmodelle mit alternativen Antrieben sind bereits in der Testphase. So haben Forscher der Universität Ulm und dem Start-up Unternehmen H2Fly die ersten Wasserstoffflugzeuge entwickelt, in welchem derzeit vier Passagiere Platz finden. In dem Flugzeug wird Wasserstoff und Luftsauerstoff in Brennstoffzellen genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen. Die Energie wird eingesetzt, um den Elektromotor zu betreibe. Das entstehende Emission ist Wasser. Dieses Modell hat bereits die Genehmigung für weitere Testflüge erhalten. Die Universität der Bundeswehr in München forscht mit der Universität Bayreuth in dem Projekt „CryoFuselage“ daran, kyrogene Tanks für Wasserstoff zu entwickeln. Die Tanks sollen als Teil der Struktur in die Flugzeuge integriert werden. Dazu werden diese aus Faser-Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt. Zudem sollen die Tanks mit Hilfe von Sensoren eine Meldung an die Piloten senden, wenn Fehler oder Schäden entstehen. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines nachhaltigen und umweltschonenden Antriebs, der auch energieeffizient ist. Die Forschung geht davon aus, dass erste Flugzeuge mit 40 bis 80 Personen in drei bis fünf Jahren verfügbar sein werden. Mit diesen sollen Entfernungen bis zu 2000 Kilometer zurückgelegt werden können. Demnach sind reguläre Passagierflüge für 2030 durchaus realistisch. Auch die FLugzeugindustrie hat sich zum Ziel gesetzt 2035 die ersten Wasserstoffflugzeuge anzubieten. Diese sollen dabei klimaneutral agieren können. So werden die CO2 Emissionen deutlich reduziert.

Quellen:

  • Ruoff, Kim (2020): Onlinequelle: Der Traum vom sauberen Fliegen. Erreichbar unter: https://www.tagesschau.de/wirtschaft/technologie/wasserstoffflugzeug-101.html. Abruf am 15.03.2021.
  • Schaal, Sebastian (2021): Onlinequelle: Universitäten entwickeln kryogene H2-Tanks für Flugzeuge. Erreichbar unter: https://www.electrive.net/2021/03/18/universitaeten-entwickeln-kryogene-h2-tanks-fuer-flugzeuge/. Abruf am 30.03.2021.
  • TUV Süd (o.J.): Onlinequelle: Einsatzgebiete von Wasserstoff. Erreichbar unter: https://www.tuvsud.com/de-de/indust-re/wasserstoff-brennstoffzellen-info/wasserstoff/einsatzgebiete-von-wasserstoff. Abruf am 15.03.2021.

H2 Schiffe

Elektrifizierung (Wasserstoff), Uncategorized

Der Schiffverkehr transportiert ca. 90% der globalen Güter. 2,6% der weltweiten Emissionen entfallen auf den Schiffsverkehr. Diese entstehen primär durch die Verbrennung von Schweröl in Schiffsmotoren. Alternative Antriebsmöglichkeiten für die maritime Anwendung befinden sich aktuell noch im Entwicklungsstadium. Die Papenburger Meyer Werft und die ThyssenKrupp Marine Systems bearbeiten im Projekt „e4ships“ das Thema Wasserstoffantriebe für Schiffe. Dafür wurden die Fähre MS Mariella und der Mehrzweckfrachter MS Forester so umgerüstet, dass Wasserstoff für den Antrieb genutzt werden kann. Die Schiffe werden mit Methanol betankt, der als Wasserstoffspeicher dient. Aus dem Methanol wird dann, mit Hilfe von Wasser, der benötigte Wasserstoff umgesetzt, welcher in einem Motor verbrannt wird. Das dabei entstehende CO2 wird gelagert, um es an Land erneut für die Herstellung von Methanol einzusetzen. So werden die Emissionen deutlich reduziert. Ein zusätzlich positiver Nebeneffekt lässt sich für den Fall einer Havarie erkennen. Sollte ein mit Wasserstoff betriebenes Schiff sinken, so könne die Auswirkungen auf die Umwelt, im Vergleich zu drohenden Umweltkatastrophen bei Schwerölbetriebenen Schiffen, deutlich minimiert werden. Neben dem Einsatz bei Frachtschiffen bringt Wasserstoff auch für den Personenverkehr erhebliche Vorteile. Sowohl Kreuzfahrtschiffe als auch Personenfähren könnten diese Antriebsmöglichkeit nutzen. Für die Konsumenten entsteht ein neues Fahrerlebnis, da die Schiffe durch den Brennstoffzellenantrieb erheblich leiser sind. So sind bereits erste Fähren geplant, wie die Europa Seaways, die durch ein dänisch-norwegisches Projekt den Verkehr zwischen Kopenhagen und Oslo emissionsfrei gestaltet soll. Dabei soll der Wasserstoff aus Offshore-Windkraft-Anlagen aus Dänemark gewonnen werden. Bei der MS Mariella und die MS Forester soll vorerst der Boardbetrieb durch Wasserstoff gewährleistet werden, um die Häfen von den Emissionen zu entlasten. Zukünftig soll dann der gesamte Schiffsantrieb durch die Brennstoffzellen laufen und auch andere Schiffe umgestellt werden.

Quellen:

  • BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (o.J.): Onlinequelle: Wasserstoff als Allround-Talent: Wo wird er eingesetzt?. Erreichbar unter: https://www.bdew.de/energie/wasserstoff/wasserstoff-als-allround-talent-wo-wird-er-eingesetzt/. Abruf am 15.03.2021.
  • Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (2021): Onlinequelle: Wasserstoff – so bleiben wir mobil. Erreichbar unter: https://www.fraunhofer.de/de/forschung/aktuelles-aus-der-forschung/wasserstoff-so-bleiben-wir-mobil/eignung-wasserstoff-fuer-lkw-schiff-zug-flugzeug.html. Abruf am 15.03.2021.
  • Morgan, Sam (2020): Onlinequelle: Dänemark und Norwegen bauen weltgrößte Wasserstoff-Fähre. Erreichbar unter: https://www.euractiv.de/section/energie-und-umwelt/news/daenemark-und-norwegen-bauen-weltgroesste-wasserstoff-faehre/. Abruf am 30.03.2021.
  • Schmid, Angela (2016): Onlinequelle: Brennstoffzellen für grüneren Antrieb. Erreichbar unter: https://www.wiwo.de/technologie/green/schifffahrt-brennstoffzellen-fuer-grueneren-antrieb/14539532.html. Abruf am 15.03.2021.
  • Statista (2018): Onlinequelle: Anteil der Schifffahrt an den gesamten globalen CO2-Emissionen in den Jahren 2007 und 2015. Erreichbar unter: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/327012/umfrage/anteil-schiffe-treibhausgas-emissionen/#:~:text=Nach%20Angaben%20der%20Quelle%20betrug,2015%20rund%202%2C6%20Prozent. Abruf am 15.03.2021.
  • TUV Süd (o.J.): Onlinequelle: Einsatzgebiete von Wasserstoff. Erreichbar unter: https://www.tuvsud.com/de-de/indust-re/wasserstoff-brennstoffzellen-info/wasserstoff/einsatzgebiete-von-wasserstoff. Abruf am 15.03.2021.

H2 Bus

Bus, Elektrifizierung (Wasserstoff)

Busse sind als essenzieller Teil des öffentlichen Verkehrs unerlässlich. Durch die aktuelle Nutzung von Verbrennungsmotoren in Bussen besteht, diese insbesondere in Ballungsräumen, Verbesserungspotential. Daher fokussieren sich verschiedenen europäischen Projekten auf den Einsatz von Wasserstoff-Busse in den Städten. Ein Beispiel ist das Projekt „HyFLEET:CUTE“. Hier werden 47 Busse in 12 verschiedenen Städten eingesetzt. In Hamburg fahren unter anderem neun Daimler Citaro Brennstoffzellenbusse. Der für den Antrieb benötigte Strom, wird in den Brennstoffzellen produziert und in einer Hochvolt-Batterie gespeichert. Diese befindet sich auf dem Dach der Busse und versorgt die Elektromotoren direkt mit Energie. Damit haben die Busse eine Reichweite von 300 bis 400 Kilometern. Ein ÖPNV mit Brennstoffzellenbusse leistet einen wichtigen Beitrag zu Reduktion der innerstädtische Belastung durch Stickoxide, CO2 und Lärm.

Quellen:

  • Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) (2021): Leitfaden für Busse mit alternativen Antrieben. Erreichbar unter: https://www.xn--starterset-elektromobilitt-4hc.de/content/3-Infothek/2-Publikationen/1-leitfaden-fur-busse-mit-alternativen-antrieben/leitfaden-fuer-busse-mit-alternativen-antrieben_now.pdf. Abruf am 30.03.2021.
  • TUV Süd (o.J.): Onlinequelle: Einsatzgebiete von Wasserstoff. Erreichbar unter: https://www.tuvsud.com/de-de/indust-re/wasserstoff-brennstoffzellen-info/wasserstoff/einsatzgebiete-von-wasserstoff. Abruf am 15.03.2021.
  • Wietschel, Martin; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (Fraunhofer ISI) (2010): Vergleich von Strom und Wasserstoff als CO2-freie Energieträger. Erreichbar unter https://www.researchgate.net/profile/Martin-Wietschel/publication/44209862_Vergleich_von_Strom_und_Wasserstoff_als_CO2-freie_Endenergietrager_Endbericht_Studie_im_Autrag_der_RWE_AG/links/53db35720cf2631430cb1c66/Vergleich-von-Strom-und-Wasserstoff-als-CO2-freie-Endenergietraeger-Endbericht-Studie-im-Autrag-der-RWE-AG.pdf. Abruf am 30.03.2021.

Wasserstoffpaste (Energiespeicher)

Elektrifizierung (Wasserstoff), Uncategorized

Viele kleinere Verkehrsmittel haben derzeit noch nicht die Möglichkeit mit Wasserstoff betrieben zu werden, da bei den Tankvorgängen der Druckstoß zu groß wäre, um sie zu befüllen. Das Frauenhofer Institut hat eine Paste entwickelt, in der sich Wasserstoff speichern lässt. Damit könnten auch kleinere Fahrzeuge, wie z.B. Roller, betrieben werden. Die Paste kann Wasserstoff chemisch speichern, wodurch dieser leicht transportiert und ohne aufwendige Tankstellensysteme nachgefüllt werden. Zur Nutzung der Energie muss eine Kartusche eingesetzt undWasser in einen Tank gefüllt werden. Die Paste wird bedarfsgerecht aus dem Behälter in einer Mischkammer gegeben. In diese Kammer wird die entsprechenden Menge Wasser eingebracht. Danach reagiert die Paste und das Wasser zu Wasserstoff. Der so erzeugte Wasserstoff erzeugt in einer Brennstoffzelle den Strom für den Elektromotor. Die Paste besteht aus Magnesiumhydrid und kann den Wasserstoff speichern. So kann der Wasserstoff je nach Bedarf auch wieder freigegeben werden. Durch die Paste erreicht das Fahrzeug eine Reichweite, die vergleichbar mit der von Benzin ist. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sind neben Verkehrsmitteln auch Drohnen oder mobile Generatoren. So kann die Paste auch im gewerblichen Bereich eingesetzt werden, um Drohnen bei der Kontrolle von Strommasten einzusetzen oder im touristischen Segment, um Energie für das Kochen im Wohnwagen zu erzeugen.

Quellen:

  • Business Insinder Deutschland (2021): Onlinequelle: Fraunhofer-Institut entwickelt geheimnisvolle Wasserstoff-Paste für Autos. Erreichbar unter: https://www.businessinsider.de/wirtschaft/wissenschaftler-des-fraunhofer-instituts-entwickeln-geheimnisvolle-wasserstoff-paste-fuer-autos-a/. Abruf am 15.03.2021.
  • Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (2021): Onlinequelle: https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2021/februar-2021/wasserstoffantriebe-fuer-e-scooter-und-co.html

H2 Motorrad

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Motorräder werden in der Regel durch Verbrennungsmotoren angetrieben. Seit 2007 forschen Unternehmen daran, Motorräder mit einem Wasserstoffantrieb zu konstituieren. Bisher ist noch kein entsprechendes Modell in Serienreife verfügbar. Xiaomi hat für 2023 das Segway Apex H2 Motorrad angekündigt. Es soll auf 150 km/h beschleunigen können bei einer Leistung von 60 Kilowatt. Angetrieben wird das Modell durch Brennstoffzellen. Der Wasserstoff soll in Tanks gespeichert werden, welche ausgetauscht werden können.

Quellen:

  • Donath, Andreas (2021): Onlinequelle: Elektromotorrad mit Wasserstoffantrieb für 9.000 Euro. Erreichbar unter: https://www.golem.de/news/segway-apex-h2-elektromotorrad-mit-wasserstoffantrieb-fuer-9-000-euro-2104-155521.html. Abruf am 09.04.2021.