Anwendungsfall: 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.

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.

Der Bahnverkehr ist ein Instrument für die Umsetzung einer klimaneutralen Mobilität in Deutschland. Rund 61% des Streckennetzes sind elektrifiziert. Dabei werden 74% aller gefahrener Zugkilometer elektrisch zurückgelegt. Damit wird ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz geleistet, da elektrisch betriebene Züge lokal emmissionsfrei und deutlich leiser als Dieselelektrische Züge sind. Durch die Nutzung von regenerativ erzeugtem Strom werden Züge mit Elektroantrieb global emmissionsfrei. Für die Umsetzung eines komplett emissionsfreien Bahnverkehrs müssen auch die restlichen 26% der Zugkilometer elektrisch zurückgelegt werden. Dies kann einerseits durch eine technisch und finanziell aufwendig Elektrifizierung der Strecken (Oberleitungen) erfolgen. Eine weitere Möglichkeit stellt die Nutzung von alternativen Antrieben in Zügen dar. Hierbei könnten Batterien oder Wasserstoff als Energiespeicher dienen. Als Alternative werden in verschiedenen Forschungsprojekten Züge eingesetzt, welche Wasserstoff als Energiequelle nutzen. Ein Beispiel hierfür ist das Projekt „H2goesRail“ der Deutschen Bahn und Siemens Mobility. Im Jahr 2024 soll hier der Schienenverkehr zwischen Tübingen, Horb und Pforzheim durch einen Brennstoffzellen-Zug ersetzt werden. Dieser Zug soll eine Reichweite von 600 Kilometern vorweisen und auf eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 160 km/h beschleunigen können. Um die Versorgung mit dem dafür benötigten Wasserstoff zu gewährleisten soll in dem DB Werk in Tübingen eine Wasserstofftankstelle installiert werden, die die Züge innerhalb von 15 Minuten betankt. Für die Wartung wird das DB-Werk in Ulm entsprechend angepasst. Das Ziel der DB Bahn ist es durch den Einsatz des Wasserstoff-Zuges ca. 330 Tonnen CO2 einzusparen. Der Schienenverkehr mit Brennstoffzellentechnologie soll besonders in Bereichen eingesetzt werden, in denen keine Oberleitungen vorhanden sind. So können die Kosten der Oberleitungen den Kosten für die Züge mit Wasserstoffantrieb gegenübergestellt werden. Durch den emissionsarmen Antrieb werden Städte, wie Berlin, deutlich entlastet. Zudem bietet der leise Antrieb eine Erleichterung für Anwohner in der Nähe der Bahnschienen.

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.
• BMVI (o.J.): Onlinequelle. Mit der Elektrobahn klimaschonend in die Zukunft – Das Bahn-Elektrifizierungsprogramm des Bundes. Erreichbar unter: https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/E/schiene-aktuell/elektrobahn-klimaschonend-zukunft-bahn-elektrifizierungsprogramm.html. Abruf am: 11.08.2021.
• Deutsche Bahn AG (2020): Onlinequelle: Verbundförderprojekt H2goesRail. Erreichbar unter: https://www.deutschebahn.com/de/presse/pressestart_zentrales_uebersicht/Deutsche-Bahn-und-Siemens-starten-ins-Wasserstoff-Zeitalter-5735960. Abruf am 30.03.2021.
• Tagesschau (2020): Onlinequelle: Deutsche Bahn testet Wasserstoffzug. Erreichbar unter: https://www.tagesschau.de/wirtschaft/bahn-wasserstoff-zug-101.html. Abruf am 15.03.2021.