Der sauberste Energieträger, den es je gab ... - The Linde Group
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<strong>Der</strong> <strong>sauberste</strong> Energieträger, <strong>den</strong><br />
<strong>es</strong> <strong>je</strong> <strong>gab</strong>. Hydrogen Solutions von<br />
<strong>Linde</strong> Gas.
Kontakt<br />
<strong>Linde</strong> AG<br />
G<strong>es</strong>chäftsbereich <strong>Linde</strong> Gas, Hydrogen Solutions, Seitnerstraße 70, 82049 Höllriegelskreuth<br />
hydrogensolutions@linde-gas.com
Inhalt.<br />
Einleitung 4<br />
Statement: Dr. Aldo Belloni 5<br />
Wasserstoff – der Energieträger für das 21. Jahrhundert 6<br />
Produktion 8<br />
Elektrolyse 9<br />
Dampfreformierung 10<br />
Wasserstoff-Verflüssigung 11<br />
Distribution 12<br />
Pipelin<strong>es</strong> 13<br />
Trailer und Container-Fahrzeuge 14<br />
Alternative Speicher 15<br />
Anwendungen 16<br />
H 2 -Verbrennungsmotoren 18<br />
H 2 -Brennstoffzellen 19<br />
Wasserstoff-Infrastrukturen 20<br />
Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff 21<br />
Tankstellen für flüssigen Wasserstoff 22<br />
LH 2 -Tanksysteme 24<br />
Wasserstoff-Fahrzeugd<strong>es</strong>ign 25<br />
Ausblick 26<br />
Statement: Dr. Joachim Wolf 27<br />
Partnerschaften und Pro<strong>je</strong>kte 28<br />
Entwicklungen und Prognosen 30<br />
cooLH 2® , HyFI ® und mobiLH 2® sind eingetragene Marken der <strong>Linde</strong> Gruppe.<br />
filLH 2 ist eine Marke der <strong>Linde</strong> Gruppe.
4 Einleitung
Dr. Aldo Belloni<br />
Wasserstoff+Sauerstoff=Energie+Wasser.<br />
Die Energieformel der Zukunft.<br />
Die Menschen in <strong>den</strong> Industrienationen genießen heute so viele Annehmlichkeiten<br />
wie nie zuvor. Doch sie verbrauchen auch immer größere<br />
Mengen an Energie. Selbst in Entwicklungs- und Schwellenländern<br />
nimmt der Energieverbrauch stetig zu. Damit aber steigt die Belastung<br />
für unsere Umwelt. In G<strong>es</strong>prächen über die Zukunft unserer Energieversorgung<br />
– insb<strong>es</strong>ondere im Zusammenhang mit regenerativen<br />
Energiequellen – fällt heute meist schon zu Beginn ein b<strong>es</strong>timmter Begriff:<br />
Wasserstoff (H 2 ). <strong>Der</strong> Grund hierfür ist einfach: Wasserstoff ist als<br />
Speichermedium für Energie „polyvalent“, d.h. er erfüllt gleich mehrere<br />
Voraussetzungen, die ihn als <strong>den</strong> umweltfreundlichsten Energieträger<br />
ausweisen, <strong>den</strong> <strong>es</strong> <strong>je</strong> <strong>gab</strong> – <strong>den</strong>n bei seiner Anwendung entsteht als<br />
„Abgas“ nur Wasserdampf. Zudem ist Wasserstoff aufgrund seiner b<strong>es</strong>onderen<br />
Eigenschaften das ideale Speichermedium für Strom aus erneuerbaren<br />
Energien und somit das wichtigste Bindeglied für eine von Anfang<br />
bis Ende völlig emissionsfreie, nachhaltige Energie-Wertschöpfungskette.<br />
Denn Wasserstoff ist das in der Natur am häufigsten vorkommende Element<br />
– anders als fossile Rohstoffe wie Erdöl oder Erdgas wird er also<br />
nicht irgendwann zur Neige gehen. Darüber hinaus kann g<strong>es</strong>peicherter<br />
Wasserstoff sowohl zur Stromerzeugung als auch direkt als Brennstoff<br />
genutzt wer<strong>den</strong>, was ihn in b<strong>es</strong>onderem Maße für die mobile Anwendung<br />
im Verkehrs- und Transportbereich präd<strong>es</strong>tiniert.<br />
Zwar muss Wasserstoff, damit man ihn als Energieträger nutzen kann, erst<br />
herg<strong>es</strong>tellt wer<strong>den</strong>. Doch hier sind in <strong>den</strong> letzten Jahren entschei<strong>den</strong>de<br />
technologische Schritte unternommen wor<strong>den</strong>, um die Produktion von<br />
Wasserstoff effizienter und umweltfreundlicher zu machen. Die Vision<br />
ein<strong>es</strong> nachhaltigen Wasserstoff-Energiekreislaufs ist in greifbare Nähe<br />
gerückt. Es gilt nun, die bereits vorhan<strong>den</strong>en Wasserstoff-Technologien<br />
von der Erprobungsphase hin zur Alltagstauglichkeit und Wirtschaftlichkeit<br />
weiterzuentwickeln. <strong>Linde</strong>, einer der führen<strong>den</strong> Wasserstoff-<br />
Anlagenbauer der Welt, treibt di<strong>es</strong>e Entwicklung entschie<strong>den</strong> mit voran.<br />
Denn der Aufbau einer weltweiten Wasserstoff-Energieversorgung hat<br />
nicht nur wirtschaftlich ein enorm<strong>es</strong> Zukunftspotenzial, <strong>es</strong> handelt sich<br />
dabei auch um ein echt<strong>es</strong> Generationenpro<strong>je</strong>kt, das letztlich alle Schichten<br />
der G<strong>es</strong>ellschaft betrifft. Mehr noch: Es ist eine Verpflichtung, die in<br />
erheblichem Maße über die Zukunft unserer Energieversorgung und damit<br />
über die Zukunft unserer Kinder und Kind<strong>es</strong>kinder entschei<strong>den</strong> wird.<br />
<strong>Linde</strong> wird sich di<strong>es</strong>er Verpflichtung stellen. Mit innovativer Technologie<br />
zur Produktion, Speicherung und Distribution von Wasserstoff. Und mit<br />
effizienten Lösungen für revolutionäre Wasserstoff-Anwendungen.<br />
Dr. Aldo Belloni<br />
<strong>Linde</strong> Gas & Engineering<br />
Mitglied d<strong>es</strong> Vorstand<strong>es</strong> der <strong>Linde</strong> AG
6 Einleitung<br />
Wasserstoff – der Energieträger für das<br />
21. Jahrhundert. Chancen und Herausforderungen.<br />
Wasserstoff ist überall: Er ist nicht nur in Wasser enthalten, sondern auch<br />
in allen Lebew<strong>es</strong>en sowie in primären Energiequellen wie Erdgas, Erdöl<br />
oder Kohle. Verbindet sich Wasserstoff (H 2 ) mit Sauerstoff (O 2 ), so entsteht<br />
als Endprodukt Wasser (H 2 O). Hierbei wird Energie freig<strong>es</strong>etzt.<br />
Di<strong>es</strong>e lässt sich z.B. zur mobilen Stromerzeugung oder zur Umsetzung<br />
in mechanische Energie nutzen.<br />
Mit reinem Wasserstoff hätte die Menschheit <strong>den</strong> perfekten Energieträger<br />
zur Verfügung. Anders als etwa bei Benzin entstehen bei seiner Nutzung<br />
keine umweltschädlichen Emissionen. Zudem steht Wasserstoff – im Gegensatz<br />
zu <strong>den</strong> irgendwann zur Neige gehen<strong>den</strong> fossilen Energieträgern<br />
– praktisch unbegrenzt zur Verfügung.<br />
In der Natur kommt Wasserstoff in einer Vielzahl von Verbindungen vor.<br />
Um ihn <strong>je</strong>doch in seiner elementaren Form als Energieträger nutzen zu<br />
können, ist der Einsatz von Energie nötig. Di<strong>es</strong>e stammt bislang zu einem<br />
großen Teil aus fossilen Energiequellen wie Erdgas, Erdöl oder Kohle. Die<br />
weltweite Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird sich in Zukunft verstärkt<br />
darauf konzentrieren, <strong>den</strong> Anteil der regenerativen Energiequellen<br />
zu erhöhen.<br />
Seit Jahrzehnten arbeiten daher Wissenschaftler und Ingenieure von<br />
<strong>Linde</strong> an effizienten und umweltfreundlichen Lösungen zur Produktion<br />
von Wasserstoff. Ein weiter<strong>es</strong> wichtig<strong>es</strong> Betätigungsfeld ist die Entwicklung<br />
von tragfähigen Konzepten für seine wirtschaftliche Speicherung<br />
und Anwendung. Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft<br />
wer<strong>den</strong> wir unser technologisch<strong>es</strong> Know-how dafür einsetzen,<br />
di<strong>es</strong>en unverzichtbaren Energieträger weltweit zu etablieren.
Wasserstoff im Fokus von <strong>Linde</strong><br />
Entdeckt wurde die Existenz von Wasserstoff bereits im frühen 18. Jahrhundert.<br />
Um 1766 konnte Henry Cavendish das Element erstmals isolieren.<br />
Bei normalem Druck und Umgebungstemperatur ist Wasserstoff<br />
gasförmig sowie geruchs- und g<strong>es</strong>chmacksneutral. Außerdem ist das<br />
Gas ungiftig und sehr viel leichter als Luft, w<strong>es</strong>halb <strong>es</strong> im Freien schnell<br />
nach oben steigt.<br />
Gemische aus Wasserstoff und Luft sind brennbar – wobei die Wasserstoff-Flamme<br />
farblos brennt und als „Abgas“ nur Wasserdampf entsteht.<br />
Wasserstoff eignet sich daher sehr gut als Treibstoff. Das Gas hat <strong>je</strong>doch<br />
unter normalen Bedingungen eine geringe Dichte. In di<strong>es</strong>er Form ist<br />
seine Speicherung unpraktisch – die benötigten Tanks wür<strong>den</strong> einfach zu<br />
groß ausfallen.<br />
Zur effizienten, Platz sparen<strong>den</strong> Speicherung muss Wasserstoff daher<br />
unter Druck g<strong>es</strong>etzt oder stark abgekühlt und hierdurch verflüssigt<br />
wer<strong>den</strong>. Dem Firmengründer Carl von <strong>Linde</strong> gelang <strong>es</strong> 1895 als erstem,<br />
Kältemaschinen zu bauen, die auch die Verflüssigung größerer Mengen<br />
Wasserstoffgas ermöglichten. Heute ist das Unternehmen einer der<br />
führen<strong>den</strong> Wasserstoff-Anlagenbauer der Welt und betreibt in Ingolstadt<br />
die einzige großindustrielle Wasserstoff-Verflüssigungsanlage Deutschlands.<br />
Außerdem ist <strong>Linde</strong> führend bei der Produktion und Distribution<br />
von Wasserstoff sowie international einer der Vorreiter bei der Entwicklung<br />
innovativer Wasserstofftechnologien.<br />
Die letzten 20 Jahre waren – auch und gerade bei <strong>Linde</strong> – von intensiver<br />
Forschung auf dem Gebiet Wasserstoff geprägt. Es hat sich mittlerweile<br />
gezeigt, dass Wasserstoff der wohl vielversprechendste Energieträger der<br />
Zukunft ist. Zudem ist Wasserstoff auch sicherheitstechnisch seit langem<br />
zu beherrschen. Viel<strong>es</strong> wird also davon abhängen, wie die Chancen, die<br />
di<strong>es</strong>er Energieträger birgt, künftig genutzt wer<strong>den</strong>.<br />
Schema der ersten Luftverflüssigungsanlage von 1895.
8 Produktion
Produktion<br />
9<br />
Die treibende Kraft. Möglichkeiten der Wasserstoffproduktion.<br />
<strong>Der</strong>zeit wird Wasserstoff fast ausschließlich auf zwei Arten herg<strong>es</strong>tellt:<br />
zum einen thermisch, also mittels Wärmezufuhr, aus Kohlenwasserstoffen.<br />
Und zum anderen elektrolytisch, also mittels Stromzufuhr, aus<br />
Wasser. <strong>Der</strong>zeit wer<strong>den</strong> aus Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Erdgas,<br />
98% der Weltproduktion von Wasserstoff (ca. 600 Mrd. m 3 jährlich)<br />
gewonnen.<br />
<strong>Der</strong> effektivste Weg der Wasserstoffgewinnung aus fossilen Rohstoffen<br />
ist die Dampfreformierung, wie sie auch in <strong>den</strong> industriellen Anlagen von<br />
<strong>Linde</strong> realisiert wird. Gleichzeitig ist die Herstellung umweltfreundlich,<br />
da ein großer Teil d<strong>es</strong> erzeugten Wasserstoffs aus Wasserdampf stammt.<br />
Wegen der hohen Wirtschaftlichkeit ist die Dampfreformierung derzeit<br />
das Standardverfahren zur Erzeugung von Wasserstoff.<br />
Elektrolyse: Zerlegung von Wasser in die B<strong>es</strong>tandteile Sauerstoff<br />
und Wasserstoff<br />
Die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse bietet die Möglichkeit ein<strong>es</strong><br />
völlig emissionsfreien Wasserstoff-Energiekreislaufs. <strong>Der</strong> Strom für die<br />
Elektrolyse muss hierbei <strong>je</strong>doch aus einer regenerativen Energiequelle<br />
wie Sonnen- oder Win<strong>den</strong>ergie, Biomasse oder Wasserkraft stammen.<br />
Um aus Wasser (H 2 O) mittels Elektrolyse Wasserstoffgas (H 2 ) zu erzeugen,<br />
genügt schon eine Spannung von 1,5 Volt. Das Wasser wird zuvor mit<br />
etwas Säure oder Lauge versetzt, damit <strong>es</strong> Ionen leitet. An der positiv<br />
gela<strong>den</strong>en Elektrode entsteht Sauerstoff (O 2 ), an der negativ gela<strong>den</strong>en<br />
Elektrode Wasserstoff. Ein so genannt<strong>es</strong> Diaphragma zwischen der Anode<br />
und der Kathode verhindert dabei, dass die bei<strong>den</strong> Gase miteinander<br />
wieder zu Wasser reagieren. Findet di<strong>es</strong>er Proz<strong>es</strong>s zudem unter Druck<br />
statt, so erleichtert di<strong>es</strong> die nachgelagerte Kompr<strong>es</strong>sionsarbeit und verringert<br />
Energieaufwand und Raumbedarf für das System. <strong>Linde</strong> verfügt<br />
über langjährige Erfahrung mit Wasserstoff-Elektrolyseuren und über das<br />
entsprechende Know-how, um di<strong>es</strong>e in b<strong>es</strong>tehende Wasserstoff-Technologieketten<br />
einzubin<strong>den</strong>.
10 Produktion<br />
100.000 m 3 pure Energie. Wasserstoffproduktion<br />
durch Dampfreformierung.<br />
<strong>Linde</strong> Gas & Engineering hat bis Ende 2004 weltweit bereits über 200<br />
Anlagen für die Wasserstoffproduktion gebaut. Bei der Herstellung von<br />
Wasserstoff durch Dampfreformierung („Steam Reforming“) wird in der<br />
Regel ein leichter Kohlenwasserstoff eing<strong>es</strong>etzt, z.B. Erdgas. Mit 70–80%<br />
hat di<strong>es</strong><strong>es</strong> Verfahren einen hohen Wirkungsgrad, d.h. ein gut<strong>es</strong> Verhältnis<br />
von eing<strong>es</strong>etzter zu gewonnener Energie.<br />
<strong>Der</strong> Einsatzstoff wird in einem ersten Schritt bei einem Druck von typischerweise<br />
2,5 MPa und bei einer Temperatur von ca. 900 °C zusammen<br />
mit Wasserdampf in ein wasserstoffreich<strong>es</strong> Gasgemisch überführt, das<br />
auch Kohlenmonoxid (CO) enthält. In einem zweiten Schritt, der „Shift-<br />
Reaktion“, wird das Kohlenmonoxid (CO) mit Wasser in Kohlendioxid<br />
(CO 2 ) umgewandelt. Dabei wird aus dem Wasser d<strong>es</strong> im Proz<strong>es</strong>s mitgeführten<br />
Wasserdampf<strong>es</strong> zusätzlicher Wasserstoff gewonnen. Damit Wasserstoff<br />
<strong>je</strong>doch – z.B. in Brennstoffzellen – auch eing<strong>es</strong>etzt wer<strong>den</strong> kann,<br />
muss er zuvor noch gereinigt wer<strong>den</strong>. Di<strong>es</strong> g<strong>es</strong>chieht meist in so genannten<br />
PSA-Anlagen (PSA = Pr<strong>es</strong>sure Swing Adsorption = Druckwechsel-<br />
Adsorption), in <strong>den</strong>en pro Stunde bis zu 100.000 m 3 Wasserstoff auf<br />
Qualitäten bis über 99,999% gereinigt wer<strong>den</strong> können.<br />
Weitere Techniken zur Wasserstoffproduktion<br />
Als Variante der Dampfreformierung kann die partielle Oxidation gelten.<br />
Sie läuft ähnlich ab, <strong>je</strong>doch unter Zufuhr von Luft bzw. Sauerstoff. Mit<br />
di<strong>es</strong>er Technik können auch weniger reine, flüssige oder f<strong>es</strong>te Kohlenwasserstoffe<br />
(Kohle, Erdöl, Bitumina etc.) zur Wasserstoffproduktion<br />
genutzt wer<strong>den</strong>. Sowohl für das Steam Reforming (SMR) als auch für<br />
die partielle Oxidation (POX) verfügt <strong>Linde</strong> Gas & Engineering über<br />
die Kompetenz, komplexe Produktionsproz<strong>es</strong>se zu steuern.<br />
Dampfreformierungsanlagen von <strong>Linde</strong> – wie di<strong>es</strong>er „Steam Reformer“ in Brunsbüttel –,<br />
die bis zu 100.000 m 3 Wasserstoff pro Stunde liefern, wer<strong>den</strong> für verschie<strong>den</strong>e Kapazitäten<br />
erstellt. <strong>Linde</strong> exportiert die Technologie für Dampfreformierungsanlagen<br />
weltweit, u.a. in die USA, <strong>den</strong> Nahen Osten, nach Russland, Kanada, Indien, Japan,<br />
China und in die EU-Länder.
Produktion<br />
11<br />
Wasserstoff-Verflüssigung.<br />
Um Wasserstoff effizient speichern zu können, muss man seinen „natürlichen<br />
Zustand“ ändern. <strong>Der</strong>zeit gibt <strong>es</strong> hierzu zwei vorherrschende<br />
Metho<strong>den</strong>: Zum einen kann komprimiert<strong>es</strong> Wasserstoffgas (CGH 2 ) bei<br />
Umgebungstemperatur in Hochdruckbehältern gelagert wer<strong>den</strong>. Die<br />
andere Möglichkeit b<strong>es</strong>teht darin, ihn flüssig zu speichern. Dafür sind<br />
extrem niedrige Temperaturen (-253 °C) und entsprechend isolierte Behälter<br />
nötig. <strong>Der</strong> Vorteil hierbei: Tiefkalt verflüssigter Wasserstoff (LH 2 )<br />
hat einen w<strong>es</strong>entlich höheren Energieinhalt pro Volumeneinheit als gasförmig<br />
komprimierter und benötigt daher weniger Speicherraum (siehe<br />
Grafik).<br />
Zur Verflüssigung von Wasserstoff wendet man heute im industriellen<br />
Maßstab Verfahren an, bei <strong>den</strong>en der zu verflüssigende Wasserstoff in<br />
Wärmetauschern stufenweise abgekühlt wird. Dabei kommt zunächst<br />
flüssiger Stickstoff als Kälteträger zum Einsatz, die weitere Abkühlung<br />
erfolgt durch einen g<strong>es</strong>chlossenen Wasserstoff-Kältekreislauf, in dem die<br />
Kälteleistung durch Expansionsturbinen zur Verfügung g<strong>es</strong>tellt wird. Die<br />
eigentliche Verflüssigung d<strong>es</strong> so vorgekühlten Wasserstoffs findet durch<br />
Drosselentspannung in einem Joule-Thomson-Ventil statt, anschließend<br />
wird der flüssige Wasserstoff in einen Lagertank zur weiteren Verwendung<br />
eing<strong>es</strong>peist.<br />
<strong>Linde</strong> baut Wasserstoff-Verflüssigungsanlagen in verschie<strong>den</strong>en Größen.<br />
Im Bild: die Anlage in Ingolstadt mit einer Kapazität von 4,4 Tonnen LH 2 pro Tag.
12 Distribution
Distribution<br />
13<br />
Mit voller Kraft voraus. Wasserstoff-Distribution<br />
via Pipeline.<br />
Analog zur Speicherung von Wasserstoff gibt <strong>es</strong> verschie<strong>den</strong>e Möglichkeiten,<br />
ihn zu transportieren. Zum einen bietet sich die Distribution via<br />
Pipeline an. Vor allem bei On-Site-Versorgungslösungen – also wenn<br />
gasförmiger Wasserstoff direkt vom Produktions- zum Verbrauchsort gefördert<br />
wird – ist di<strong>es</strong>e Methode häufig die b<strong>es</strong>te Lösung. Um Großverbraucher<br />
mit <strong>den</strong> benötigten Gasmengen beliefern zu können, plant,<br />
baut und betreut <strong>Linde</strong> Gas & Engineering schlüsselfertige On-Site-<br />
Anlagen, die direkt beim Kun<strong>den</strong> vor Ort installiert wer<strong>den</strong>.<br />
Wasserstoff kann auch über große Entfernungen via Pipeline transportiert<br />
wer<strong>den</strong>. Di<strong>es</strong> ist vor allem bei kontinuierlich hohem Verbrauch sinnvoll<br />
und trifft insb<strong>es</strong>ondere für Industriegebiete zu. In Mitteldeutschland<br />
(Leuna) betreibt <strong>Linde</strong> Europas modernste Wasserstoff-Pipeline. Das<br />
Rohrleitungsnetz ist insg<strong>es</strong>amt über 100 km lang und verbindet u.a. die<br />
Standorte Zeitz, Böhlen, Leuna, Bitterfeld und Rodleben.<br />
<strong>Linde</strong> Gas & Engineering verfügt zudem über das Know-how, herkömmliche<br />
Erdgas- oder Stadtgasleitungen für <strong>den</strong> Wasserstofftransport nutzbar<br />
zu machen. Gerade in der derzeitigen Erprobungsphase stellt di<strong>es</strong> eine<br />
wichtige Voraussetzung für die Realisierung einer flächendecken<strong>den</strong><br />
Wasserstoffversorgung sowie für <strong>den</strong> Aufbau ein<strong>es</strong> zukünftigen H 2 -Tankstellen-Netzwerks<br />
dar.<br />
Das <strong>Linde</strong> Wasserstoff-Rohrleitungsnetz in Mitteldeutschland (Leuna).
14 Distribution<br />
Clever g<strong>es</strong>peichert, schnell versorgt.<br />
GH 2 -Trailer und LH 2 -Container-Fahrzeuge.<br />
Um Wasserstoff über weite Strecken zu transportieren, können entsprechend<br />
ausgerüstete Lkws eing<strong>es</strong>etzt wer<strong>den</strong>. Gasförmiger Wasserstoff<br />
(GH 2 ) wird hierbei in speziellen GH 2 -Trailern unter Hochdruck und bei<br />
Umgebungstemperatur von Ort zu Ort gebracht.<br />
Den Transport von größeren Mengen Wasserstoff erlaubt <strong>je</strong>doch ein LH 2 -<br />
Container-Fahrzeug, also ein Lkw, der über einen speziellen Tank für tiefkalt<br />
verflüssigten Wasserstoff (LH 2 ) verfügt. Zwar sind hierbei die Kosten<br />
für die Verflüssigung zu beachten, für die derzeit noch ca. 30% der im<br />
Wasserstoff g<strong>es</strong>peicherten Energie benötigt wer<strong>den</strong>. Da die Energiedichte<br />
von LH 2 <strong>je</strong>doch w<strong>es</strong>entlich höher ist als <strong>je</strong>ne von GH 2 , relativiert sich<br />
di<strong>es</strong>er Aufwand bei größeren Mengen und zunehmender Entfernung<br />
wieder, <strong>den</strong>n für <strong>den</strong> Transport der gleichen Energiemenge sind weniger<br />
Fahrten nötig.<br />
LH 2 -Container-Fahrzeug für flüssigen Wasserstoff.
Distribution<br />
15<br />
Aktuelle Anwendung: Moderne Brennstoffzellen-U-Boote führen Wasserstoff in Metallhydrid-Speichern<br />
mit und können um ein Vielfach<strong>es</strong> länger unter Wasser bleiben als<br />
herkömmliche U-Boote mit Di<strong>es</strong>el-Elektromotoren. <strong>Linde</strong> stattete die HDW AG für<br />
di<strong>es</strong><strong>es</strong> Pro<strong>je</strong>kt mit der entsprechen<strong>den</strong> Wasserstoff-Befüllungstechnologie aus.<br />
Jede Menge Energie auf Vorrat.<br />
Alternative Speicher.<br />
Aktuelle Forschungen haben gezeigt, dass <strong>es</strong> noch weitere Speicherbzw.<br />
Transportmöglichkeiten für Wasserstoff gibt. So kann er z.B. in feinsten,<br />
konzentrisch angeordneten Graphitröhren (Kohlenstoff-Nanotub<strong>es</strong>)<br />
oder in hauchdünnen, übereinander g<strong>es</strong>tapelten Graphitebenen (Kohlenstoff-Nanofasern)<br />
eingelagert wer<strong>den</strong>. Auch in einer Lösung aus Natriumborhydrid<br />
(NaBH 4 ) sowie in Polymeren (Polyanilin, Polypyrrol) lässt sich<br />
Wasserstoff speichern.<br />
Gleich<strong>es</strong> gilt für so genannte Microspher<strong>es</strong> – das sind hochgradig druckf<strong>es</strong>te,<br />
winzige Glaskügelchen (Ø < 100 µm, Wandstärke 1 µm). In di<strong>es</strong>e<br />
kann Wasserstoff bei 200–400 °C eindringen. Di<strong>es</strong>e Technologien haben<br />
teilweise ein hoh<strong>es</strong> Entwicklungspotenzial, befin<strong>den</strong> sich <strong>je</strong>doch aus<br />
heutiger Sicht noch im Forschungsstadium.<br />
Wasserstoff-Speicherung in Metallhydri<strong>den</strong><br />
Die einzige Alternative zur gasförmigen oder flüssigen Speicherung, die<br />
derzeit tatsächlich angewendet wird, ist die Speicherung in so genannten<br />
Metallhydri<strong>den</strong>: Di<strong>es</strong>e können gasförmigen Wasserstoff nach einem ähnlichen<br />
Prinzip speichern und wieder freisetzen wie ein Schwamm, der<br />
Wasser aufnimmt und wieder abgibt. Das Verfahren wird bereits bei<br />
einigen Prototypen im Bereich portabler Systeme (z.B. Camcorder, Laptops<br />
etc.) eing<strong>es</strong>etzt. Anwendung findet di<strong>es</strong>e Art der Speicherung <strong>je</strong>doch<br />
auch bei wasserstoffgetriebenen Brennstoffzellen-U-Booten, wie<br />
sie bereits heute von der HDW AG gebaut wer<strong>den</strong>.<br />
Metallhydrid zur Speicherung von Wasserstoff.
16 Anwendungen
Anwendungen<br />
17<br />
Nur wer heute neue Wege geht, kommt morgen<br />
b<strong>es</strong>ser voran. Wasserstoff eröffnet Spielräume für<br />
vielfältige Anwendungen.<br />
Viel<strong>es</strong>, was einst wie eine Utopie erschien, ist heute Realität. So konnte<br />
man sich zu Beginn d<strong>es</strong> vergangenen Jahrhunderts wohl nur mit Mühe<br />
vorstellen, dass tatsächlich einmal ein Mensch seinen Fuß auf <strong>den</strong> Mond<br />
setzen würde. Ein jünger<strong>es</strong> Beispiel für eine Vision, die viele zunächst für<br />
kaum realisierbar hielten, die aber schon wenige Jahre später Wirklichkeit<br />
wurde, ist die rasante Entwicklung d<strong>es</strong> Internets.<br />
Auch die Anwendung von Wasserstoff als Energieträger galt lange Zeit<br />
als unrealisierbar, ja sogar als gefährlich. Doch dem Wissensdrang von<br />
Forschern, <strong>den</strong> Leistungen von Ingenieuren und dem Engagement fortschrittlicher<br />
Unternehmen ist <strong>es</strong> zu verdanken, dass di<strong>es</strong>e Idee <strong>den</strong>noch<br />
nicht aufgegeben wurde.<br />
In <strong>den</strong> letzten Jahren hat die Erforschung von Wasserstoff als Energieträger<br />
enorme Fortschritte gemacht. So gibt <strong>es</strong> bereits heute eine Vielzahl<br />
von Anwendungen für fast alle energierelevanten Bereiche: Mit<br />
Wasserstoff lässt sich nicht nur Strom erzeugen und dauerhaft speichern,<br />
auch Fahrzeuge erreichen damit inzwischen fast die gleichen Leistungswerte<br />
wie konventionelle Autos mit Benzin- oder Di<strong>es</strong>elmotor. Und dank<br />
innovativer Brennstoffzellentechnologie könnten in naher Zukunft nicht<br />
nur tragbare Elektrogeräte wie Laptops oder Camcorder mit Wasserstoff<br />
betrieben, sondern sogar ganze Häuser mit Strom und Wärme versorgt<br />
wer<strong>den</strong>.<br />
Kurz g<strong>es</strong>agt: Die technischen Voraussetzungen für eine funktionierende,<br />
flächendeckende und nachhaltige Wasserstoff-Energiewirtschaft<br />
sind bereits heute vorhan<strong>den</strong>.
18 Anwendungen<br />
Faszination Wasserstoff. Mobilität ohne Schadstoffe.<br />
Die Industrie verwendet Wasserstoff derzeit vor allem zur Herstellung<br />
hochwertiger Produkte. So dient Wasserstoff z.B. zur Produktion von<br />
Glasfaserkabeln, zum Reinigen von Mikrochips, zum Polieren von optischen<br />
Gläsern und zur Metallverarbeitung. Auch zur Produktion von<br />
Düngemitteln, zur Härtung von Fetten, zur Trinkwasseraufbereitung sowie<br />
zur Herstellung von Treibstoffen mit geringem Schwefelgehalt wird<br />
Wasserstoff eing<strong>es</strong>etzt. In der Raumfahrt dient Wasserstoff schon seit<br />
<strong>den</strong> 60er-Jahren als Treibstoff für Raketentriebwerke sowie zur Stromerzeugung<br />
und zur Herstellung von Trink- und Brauchwasser im Weltall.<br />
Sowohl die Verbrennung als auch die Verstromung von Wasserstoff<br />
wer<strong>den</strong> derzeit in vielen Ländern der Welt auf ihre Alltagstauglichkeit<br />
hin erprobt. Im Fokus steht hierbei vor allem der mobile Einsatz von<br />
Wasserstoff als Treibstoff für Fahrzeuge. Auch <strong>Linde</strong> engagiert sich aus<br />
guten Grün<strong>den</strong> schwerpunktmäßig in di<strong>es</strong>em Bereich. Denn einerseits<br />
birgt die voraussichtliche Größe d<strong>es</strong> Markt<strong>es</strong> ein enorm<strong>es</strong> Zukunftspotenzial.<br />
Und andererseits kommen die positiven Auswirkungen für<br />
Mensch und Umwelt hier b<strong>es</strong>onders deutlich zur Geltung.<br />
Die Anwendung von Wasserstoff in der Raumfahrt<br />
bildet <strong>den</strong> Hintergrund für die verkehrstechnische<br />
Zukunftsvision einer wasserstoffbasierten Luftfahrt.<br />
Erste Versuche in di<strong>es</strong>e Richtung wur<strong>den</strong> bereits in<br />
<strong>den</strong> 80er-Jahren unternommen. Bildquelle: copyright<br />
ESA, CNES, ARIANESPACE.<br />
Verbrennungsmotoren für Wasserstoff<br />
H 2 -Verbrennungsmotoren sind ähnlich aufgebaut wie Otto-Motoren.<br />
Di<strong>es</strong> erlaubt <strong>den</strong> Bau von bivalenten Fahrzeugen, also von Automobilen,<br />
die wahlweise mit herkömmlichem Treibstoff oder Wasserstoff gefahren<br />
wer<strong>den</strong> können. Dabei ist <strong>es</strong> unerheblich, ob der Wasserstoff zuvor gasförmig<br />
oder flüssig g<strong>es</strong>peichert wird – <strong>den</strong>n zur Verbrennung wird er<br />
dem Motor wieder gasförmig zugeführt.<br />
Bereits heute Realität: Kraftfahrzeuge mit H 2 -Verbrennungsmotoren.
Anwendungen<br />
19<br />
Brennstoffzellen-Technologie – vielseitig, umweltschonend<br />
und effektiv.<br />
H 2 -Brennstoffzellen benötigen zur Stromerzeugung gasförmigen Wasserstoff.<br />
Vom Prinzip her funktionieren sie wie Batterien, in <strong>den</strong>en eine umgekehrte<br />
Elektrolyse stattfindet (vgl. S. 9). Sie können <strong>je</strong> nach Energiebedarf<br />
in Reihe g<strong>es</strong>chaltet wer<strong>den</strong> und bieten daher eine Vielzahl portabler,<br />
mobiler und stationärer Anwendungsmöglichkeiten. Für <strong>je</strong><strong>den</strong> di<strong>es</strong>er Bereiche<br />
gibt <strong>es</strong> bereits heute Prototypen und Versuchsanlagen. Auch für<br />
die Stromversorgung können H 2 -Brennstoffzellen eing<strong>es</strong>etzt wer<strong>den</strong>. So<br />
erprobt <strong>Linde</strong> z.B. derzeit zusammen mit einem Pro<strong>je</strong>ktpartner die H 2 -<br />
Notstromversorgung für Mobilfunk-Antennen.<br />
Gabelstapler<br />
Zusammen mit Pro<strong>je</strong>ktpartnern hat <strong>Linde</strong> einen neuen Elektro<strong>gab</strong>elstapler<br />
entwickelt, der mit einem b<strong>es</strong>onders leistungsfähigen H 2 -Brennstoffzellensystem<br />
ausgerüstet ist. Di<strong>es</strong>e innovative Technologie ermöglicht<br />
im Vergleich zu herkömmlichen Batterien eine signifikante Verb<strong>es</strong>serung<br />
der Fahr- und Hubeigenschaften d<strong>es</strong> Staplers sowie einen Einsatz ohne<br />
Pausen, <strong>den</strong>n das langwierige Aufla<strong>den</strong> oder Austauschen der Batterien<br />
entfällt: <strong>Der</strong> Stapler wird einfach betankt, fast wie ein herkömmlich<strong>es</strong><br />
Auto.<br />
Einsatz von H 2 -Brennstoffzellen in Fahrzeugen<br />
Anders als H 2 -Verbrennungsmotoren treiben H 2 -Brennstoffzellen Elektromotoren<br />
an. Die Entwicklung solcher Systeme hat in <strong>den</strong> letzten Jahren<br />
große Fortschritte gemacht. Ihr Einsatz in Kraftfahrzeugen wird derzeit<br />
in mehreren Industrienationen der Welt – etwa in <strong>den</strong> USA, Japan und<br />
Deutschland sowie in weiteren EU-Staaten – intensiv get<strong>es</strong>tet.<br />
Busse<br />
H 2 -Brennstoffzellen-Busse bieten <strong>den</strong> gleichen Komfort wie herkömmliche<br />
Busse, sind aber erheblich leiser und fahren dabei völlig schadstofffrei.<br />
Zudem genügt zu ihrer Betankung eine zentrale Tankstelle, da sie<br />
am Ende einer Schicht immer zu ihrem Ausgangspunkt zurückgefahren<br />
wer<strong>den</strong>. So können vor allem in Städten und stadtnahen Gebieten lokale<br />
Emissionen verringert wer<strong>den</strong>.<br />
Am Flughafen München konnte im Rahmen einer b<strong>es</strong>tehen<strong>den</strong> Wasserstoff-<br />
Infrastruktur die Leistungsfähigkeit d<strong>es</strong> neuen H 2 -Brennstoffzellensystems<br />
für Gabelstapler erprobt wer<strong>den</strong>. Mit einer Tankfüllung Wasserstoff hält das<br />
Fahrzeug ca. acht Stun<strong>den</strong> im Normalbetrieb durch.
20 Anwendungen<br />
Wasserstofftankstelle der ARGEMUC am Flughafen München.<br />
Wasserstoff-Infrastrukturen in der T<strong>es</strong>tphase.<br />
Tankstelle für gasförmigen und flüssigen Wasserstoff<br />
am Flughafen München.<br />
Unter dem Namen ARGEMUC (Arbeitsgemeinschaft Wasserstoffpro<strong>je</strong>kt<br />
Flughafen München) betreibt ein Konsortium namhafter Top-Unternehmen<br />
(darunter BMW, BP/Aral, MAN, <strong>Linde</strong> u.a.) seit 1999 die weltweit erste<br />
öffentliche Wasserstofftankstelle für gasförmigen und flüssigen Wasserstoff.<br />
<strong>Der</strong> tiefkalt verflüssigte Wasserstoff wird via LH 2 -Container-Fahrzeug angeliefert.<br />
Den gasförmigen Wasserstoff für die Tankstelle hingegen liefert<br />
ein von <strong>Linde</strong> installiert<strong>es</strong> On-Site-Versorgungssystem: Seit 2003 sorgt<br />
hier eine kleine Steam-Reformer-Anlage dafür, dass GH 2 direkt an der<br />
Tankstelle herg<strong>es</strong>tellt, gereinigt, unter Hochdruck g<strong>es</strong>peichert und gezapft<br />
wer<strong>den</strong> kann. An <strong>den</strong> Zapfsäulen wer<strong>den</strong> mehrere Shuttle-Busse für<br />
<strong>den</strong> Flughafenbetrieb sowie eine Pkw-T<strong>es</strong>tflotte mit Wasserstoff betankt.<br />
Die T<strong>es</strong>tfahrzeuge haben bis Ende 2004 bereits über 500.000 Kilometer<br />
ohne größere technische Schwierigkeiten zurückgelegt, wobei über 6.000<br />
Betankungsvorgänge durchgeführt wur<strong>den</strong>. Damit ist die Demonstration<br />
einer sicheren und zuverlässigen Wasserstoffversorgung für Kraftfahrzeuge<br />
eindrucksvoll geglückt.<br />
Konzept zukünftiger Wasserstoff-Tankstellen für<br />
GH 2 und LH 2 mit unterirdischen Speichertanks.
Ein Wasserstoff-Bus an der GH 2 -Tankstelle am Flughafen München.<br />
Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff.<br />
Um gasförmigen Wasserstoff tanken zu können, wird di<strong>es</strong>er bei Umgebungstemperatur<br />
und einem Druck von 350 bar g<strong>es</strong>peichert. Damit die<br />
vollständige Befüllung ein<strong>es</strong> Kraftfahrzeugtanks überhaupt möglich ist,<br />
muss die Befüllstation <strong>je</strong>doch einen höheren Druck als <strong>den</strong> Speicherdruck<br />
aufbauen. Je höher der Druck ist, d<strong>es</strong>to kürzer wird auch die<br />
Betankungszeit.<br />
<strong>Linde</strong> hat in <strong>den</strong> letzten Jahren intensiv an der Entwicklung von Tankstellen<br />
für gasförmigen Wasserstoff gearbeitet. Inzwischen ist <strong>es</strong> gelungen,<br />
<strong>den</strong> Speicherdruck auf 700 bar zu erhöhen. Bei der Verdichtung auf ein<br />
derart hoh<strong>es</strong> Druckniveau steigt <strong>je</strong>doch die Temperatur d<strong>es</strong> Gas<strong>es</strong> stark<br />
an. Das hat zur Folge, dass sich nach dem Betankungsvorgang das Gas<br />
wieder abkühlt und damit der Druck im Tank d<strong>es</strong> Fahrzeugs wieder sinkt.<br />
Um einen konstanten Druck von 700 bar zu erhalten, muss also nicht nur<br />
mit einem Befülldruck von 850 bar getankt, sondern zudem das Gas vor<br />
der Zapfsäule auf -15 °C herabgekühlt wer<strong>den</strong>. <strong>Linde</strong> hat für die erste 700-<br />
bar-Wasserstofftankstelle die entsprechende Technologie entwickelt. Sie<br />
ermöglicht gewohnt schnelle Tankvorgänge von drei bis vier Minuten.<br />
Bei integrierten GH 2 -Tankstellen, die mit einem LH 2 -Speicher ausg<strong>es</strong>tattet<br />
sind, kommt eine spezielle Technologie zum Einsatz: Ein Kryo-Verdichter<br />
von <strong>Linde</strong> komprimiert bereits <strong>den</strong> flüssigen Wasserstoff, der anschließend<br />
gasförmig abgegeben wer<strong>den</strong> soll, auf ca. 400 bar vor und sorgt so<br />
für eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von LH 2 zu CGH 2 . Falls erwünscht,<br />
wird der Druck anschließend durch ein Booster-System auf<br />
700 bar erhöht.<br />
Betankung ein<strong>es</strong> Wasserstoffautos an einer 700-bar-Tankstelle für GH 2 .
Anlieferung von flüssigem Wasserstoff für die LH 2 -Tankstelle.<br />
Tankstellen für flüssigen Wasserstoff.<br />
Als einer der wichtigsten Impulsgeber d<strong>es</strong> staatlich geförderten Wasserstoff-Pro<strong>je</strong>kts<br />
am Flughafen München ist <strong>Linde</strong> u.a. für die Versorgung<br />
der Tankstelle mit Wasserstoff zuständig. <strong>Der</strong> flüssige Wasserstoff wird<br />
in Ingolstadt zentral produziert und dann per LH 2 -Container-Fahrzeug<br />
angeliefert.<br />
Die Tankstelle für flüssigen Wasserstoff arbeitet mit einer von <strong>Linde</strong> entwickelten<br />
und patentieren LH 2 -Pumpe. Di<strong>es</strong><strong>es</strong> innovative Gerät ermöglicht<br />
einen b<strong>es</strong>onders schnellen Betankungsvorgang (50 l/min) und<br />
sorgt so für eine hohe, vom konventionellen Tanken her bekannte Benutzerfreundlichkeit.<br />
Inzwischen gibt <strong>es</strong> weltweit zahlreiche H 2 -Tankstellen-Pro<strong>je</strong>kte, sowohl<br />
für flüssigen als auch für gasförmigen Wasserstoff, darunter z.B. das<br />
Pro<strong>je</strong>kt der Clean Energy Partnership (CEP) in Berlin, an der das Unternehmen<br />
<strong>Linde</strong> ebenfalls maßgeblich beteiligt ist. Von der Produktion<br />
und Anlieferung über die Speicherung und Kompr<strong>es</strong>sion bis hin zur<br />
Betankung stellt <strong>Linde</strong> hier sein g<strong>es</strong>amt<strong>es</strong> Wasserstoff-Know-how zur<br />
Verfügung. Mit di<strong>es</strong>em Portfolio setzt sich das Unternehmen deutlich<br />
gegen Wettbewerber ab, die nur einzelne Teilbereiche di<strong>es</strong><strong>es</strong> Spektrums<br />
abdecken können.<br />
Betankung mit LH 2<br />
Noch bis vor einigen Jahren war die Betankung von Fahrzeugen mit LH 2<br />
relativ zeitraubend: <strong>Der</strong> tiefkalte (-253 °C) flüssige Wasserstoff brachte<br />
<strong>es</strong> mit sich, dass Füllschlauch und Kupplung g<strong>es</strong>pült und angewärmt wer<strong>den</strong><br />
mussten, bevor ein neuer Tankvorgang begonnen wer<strong>den</strong> konnte.<br />
Manuelle LH 2 -Kupplung<br />
Di<strong>es</strong>e Probleme sind inzwischen behoben: <strong>Linde</strong> hat mit der neuen<br />
filLH 2 eine manuelle LH 2 -Kupplung entwickelt und patentiert, mit der<br />
sich der Tankvorgang schnell und einfach durchführen lässt: Tankventil<br />
und Einfüllstutzen verfügen über Ventile, die sich nur bei Verbindung<br />
öffnen. Dabei entsteht eine hermetisch isolierte Röhre. Vom Tankventil<br />
aus fährt nun ein so genannter „kalter Finger“ tief in <strong>den</strong> Einfüllstutzen,<br />
über <strong>den</strong> der flüssige Wasserstoff in <strong>den</strong> Tank geleitet wird. Hierdurch<br />
wird die Vereisung effektiv unterbun<strong>den</strong>. Noch mehr Komfort bietet die<br />
von <strong>Linde</strong> mitentwickelte, automatisierte LH 2 -Kupplung, die ebenfalls<br />
am Flughafen München erprobt wird: Sie erledigt <strong>den</strong> g<strong>es</strong>amten Vorgang<br />
automatisch – vom Öffnen d<strong>es</strong> Tankdeckels und Anschließen der LH 2 -<br />
Kupplung über die Betankung bis hin zum Abkoppeln.
Anwendungen<br />
23<br />
Im LOPEX-Verfahren von <strong>Linde</strong>, das bei Standtanks Anwendung findet, wird ein Wärmetauscher zur Rückverflüssigung von gasförmigem Wasserstoff eing<strong>es</strong>etzt.<br />
LOPEX-Verfahren<br />
Mit dem von <strong>Linde</strong> patentierten LOPEX-Verfahren lässt sich ein Manko<br />
von in Standtanks langfristig gelagertem, flüssigem Wasserstoff beheben:<br />
Denn durch die langsame Erwärmung von LH 2 wird ein Teil der Flüssigkeit<br />
im Standtank wieder zu Gas. Bei Nichtentnahme kann hierdurch der<br />
Druck soweit steigen, dass das Gas über ein Entspannungsventil abgelassen<br />
wer<strong>den</strong> muss. Man spricht von Abdampf- bzw. Boil-off-Verlusten. Mit<br />
LOPEX lässt sich di<strong>es</strong>er gasförmige Wasserstoff, der sonst verloren ginge,<br />
rückverflüssigen und wieder dem Tank zuführen. Die nötige Energie für<br />
di<strong>es</strong>en Proz<strong>es</strong>s liefert eine Brennstoffzelle, die dafür einen Teil d<strong>es</strong> Boiloff-Gas<strong>es</strong><br />
nutzt.<br />
Die neue LH 2 -Kupplung filLH 2 (Patent: <strong>Linde</strong>).<br />
Die manuelle LH 2 -Kupplung in Aktion.
24 Anwendungen<br />
Tief gekühlt ist hoch effizient. LH 2 -Tanksysteme.<br />
Für die dauerhafte Speicherung von tiefkalt verflüssigtem Wasserstoff<br />
hat <strong>Linde</strong> speziell isolierte Kryotanks entwickelt, die bei Wirtschaftlichkeit<br />
und Effizienz neue Maßstäbe setzen. Die hervorragen<strong>den</strong> Eigenschaften<br />
der Tanks basieren auf einem doppelwandigen Metallbehälter, d<strong>es</strong>sen<br />
innerer Behälter <strong>den</strong> flüssigen Wasserstoff aufnimmt. Eine Isolierung aus<br />
Metallfolien mit Zwischenlagen aus Glasvli<strong>es</strong> trennt die innere von der<br />
äußeren Metallhülle. Zudem ist der Zwischenraum evakuiert und verfügt<br />
über thermisch isolierende Fixierungen.<br />
Di<strong>es</strong>e Komponenten sorgen für eine extrem gute Isolationsleistung,<br />
wodurch der Wasserstoff auf -253 °C gehalten wer<strong>den</strong> kann. Steht ein<br />
Wasserstoff-Fahrzeug <strong>je</strong>doch längere Zeit still, so kommt <strong>es</strong> trotz Isolierung<br />
zu einer langsamen Erwärmung d<strong>es</strong> Wasserstoffs. Nach etwa drei<br />
Tagen, sobald der maximale Betriebsdruck (ca. 4,5 bar) erreicht ist und<br />
kein Verbrauch stattfindet, wird der überschüssige, gasförmige Wasserstoff<br />
über ein speziell<strong>es</strong> Entspannungsventil abgelassen.<br />
Standzeitverlängerung mit dem cooLH 2® -Tanksystem<br />
Mit einem innovativen Rückkühlsystem b<strong>es</strong>teht die Möglichkeit, auch bei<br />
völligem Stillstand von Wasserstoff-Fahrzeugen die maximale Standzeit<br />
ohne Abdampfverluste von drei auf bis zu zwölf Tage zu erhöhen. Denn<br />
das cooLH 2® -System verstärkt die Kühlung d<strong>es</strong> Tanks, indem <strong>es</strong> die im<br />
Wasserstoff steckende Kälte nutzt. Dabei wird Umgebungsluft ang<strong>es</strong>augt,<br />
getrocknet und durch die beim Erwärmen d<strong>es</strong> Wasserstoffs abgegebene<br />
Energie verflüssigt. Die so gewonnene, tiefkalt verflüssigte Luft durchströmt<br />
einen zusätzlichen Kühlmantel, der <strong>den</strong> Innentank umgibt.<br />
Schnitt durch ein formoptimiert<strong>es</strong> LH 2 -Tanksystem.
Anwendungen<br />
25<br />
Wasserstoff-Fahrzeugd<strong>es</strong>ign.<br />
Noch vor wenigen Jahren benötigte ein H 2 -Brennstoffzellen-System<br />
derart viel Platz, dass <strong>es</strong> nur im Laderaum ein<strong>es</strong> Kleintransporters untergebracht<br />
wer<strong>den</strong> konnte. Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung<br />
von Brennstoffzellensystemen und der Optimierung der Wasserstoffspeicherung<br />
ist <strong>es</strong> <strong>den</strong> Herstellern gelungen, die Größe d<strong>es</strong> G<strong>es</strong>amtsystems<br />
erheblich zu verringern.<br />
Inzwischen wer<strong>den</strong> die Leistungsfähigkeit und der Stauraum moderner<br />
H 2 -Fahrzeuge kaum mehr durch das Antriebssystem selbst verringert.<br />
Die Dynamik und Alltagstauglichkeit di<strong>es</strong>er Fahrzeuge ist bereits heute<br />
mit der konventioneller Kraftfahrzeuge vergleichbar. Zudem eröffnet der<br />
immer kleiner wer<strong>den</strong>de Brennstoffzellenantrieb ungeahnte Möglichkeiten<br />
für das Fahrzeugd<strong>es</strong>ign.<br />
Hydrogen Fuel In<strong>je</strong>ction (HyFI ® )<br />
<strong>Linde</strong> kann zudem Systeme liefern, die die Leistungsfähigkeit von Wasserstoffmotoren<br />
verb<strong>es</strong>sern. Eine der jüngsten Entwicklungen auf di<strong>es</strong>em<br />
Gebiet ist die patentierte HyFI ® -Verdichtertechnologie für Fahrzeuge mit<br />
LH 2 -Tanks und Wasserstoff-Verbrennungsmotoren.<br />
Mithilfe ein<strong>es</strong> nachg<strong>es</strong>chalteten Wärmetauschers verb<strong>es</strong>sert der von<br />
<strong>Linde</strong> entwickelte Kompr<strong>es</strong>sor im Schuhkartonformat die Langzeitspeicherung<br />
d<strong>es</strong> tiefkalt verflüssigten Wasserstoffs im Fahrzeug. Mit der gleichen<br />
Tankfüllung lassen sich dadurch weit längere Strecken zurücklegen. HyFI ®<br />
nutzt die Verdampfungsenergie d<strong>es</strong> expandieren<strong>den</strong> Flüssigwasserstoffs<br />
und optimiert so <strong>den</strong> Motorwirkungsgrad von etwa 30 auf ca. 40 Prozent.<br />
Entwicklung der Systemgrößen bei H 2 -Brennstoffzellenautos.
26 Ausblick
Dr. Joachim Wolf<br />
Think Hydrogen. Chance Wasserstoff – die Zukunft<br />
der Energieversorgung hat schon begonnen.<br />
Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger eröffnet eine Fülle faszinierender<br />
Möglichkeiten. Sie wirft aber auch viele komplexe Fragen auf<br />
– und zwar nicht zuletzt im politischen und g<strong>es</strong>ellschaftlichen Kontext.<br />
Denn rein technisch g<strong>es</strong>ehen können viele Probleme rund um die Anwendung<br />
von Wasserstoff als Energieträger bereits heute als weitgehend<br />
geklärt betrachtet wer<strong>den</strong>.<br />
Mit innovativen Lösungen hat <strong>Linde</strong> maßgeblich dazu beigetragen, Wasserstoffanwendungen<br />
noch sicherer, noch effizienter, noch benutzerfreundlicher<br />
zu machen. Außerdem verfügt <strong>Linde</strong> als einer der großen<br />
Wasserstoff-Hersteller über eine lückenlose Wasserstoff-Wertschöpfungskette,<br />
die sich „from well to tank“, also von der Produktion über die Distribution<br />
bis hin zum Verbrauchsort erstreckt.<br />
Und obwohl nach wie vor Fragen in Bezug auf Wasserstoff offen sind,<br />
kann man schon heute sagen: Das Ende der Lernphase beim <strong>The</strong>ma<br />
Wasserstoff ist erreicht. Nun muss <strong>es</strong> zügig an die Verwirklichung einer<br />
effizienten, flächendecken<strong>den</strong> und nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft<br />
gehen. Die ersten Schritte dafür sind bereits getan – und <strong>Linde</strong> wird auch<br />
weiterhin mit dafür sorgen, dass der <strong>sauberste</strong> Energieträger der Welt<br />
sein enorm<strong>es</strong> Potenzial für die Zukunft entfalten kann.<br />
Dr. Joachim Wolf<br />
<strong>Linde</strong> Gas & Engineering<br />
Hydrogen Solutions Executive Director<br />
Auf di<strong>es</strong>e Entwicklungen können wir zu Recht stolz sein, haben sie doch<br />
einmal mehr gezeigt, wie viel man mit gezielter Forschung, unternehmerischem<br />
Engagement und langfristigen Konzepten erreichen kann. Und<br />
sie haben gezeigt, dass <strong>es</strong> nur mit der nötigen Leistungs-, Innovationsund<br />
Inv<strong>es</strong>titionsbereitschaft gelingen wird, die Herausforderungen, die<br />
eine zukünftige Wasserstoff-Energiewirtschaft an uns stellt, zu meistern.<br />
In einem nämlich sind sich die meisten Experten einig: Zum Energieträger<br />
Wasserstoff gibt <strong>es</strong>, vor allem langfristig g<strong>es</strong>ehen, keine Alternative.
Seit November 2002 als erst<strong>es</strong> HAT-Referenzpro<strong>je</strong>kt in Betrieb: das Wasserstoff-Motoren- und Antriebsstrang-T<strong>es</strong>tcenter in Garching bei München.<br />
Wir machen uns stark für Wasserstoff.<br />
Partnerschaften und Pro<strong>je</strong>kte.<br />
Um die Entwicklung von Wasserstofftechnologien voranzutreiben, kooperiert<br />
<strong>Linde</strong> mit namhaften, weltweit engagierten Partnern aus Industrie<br />
und Wirtschaft. Maßgeblich sind hier b<strong>es</strong>onders Unternehmen aus <strong>den</strong><br />
Bereichen Mineralölindustrie (z.B. BP/Aral), Fahrzeugbau (BMW), Ingenieurw<strong>es</strong>en<br />
(Siemens) und Energieversorgung (BayernGas).<br />
Dr. Manfred Stolpe, Bund<strong>es</strong>minister für Verkehr, Bau- und Wohnungsw<strong>es</strong>en, und<br />
Dr. Rainer Goedl (re.), Mitglied im Bereichsvorstand <strong>Linde</strong> Gas & Engineering, bei<br />
der Eröffnung der Wasserstofftankstelle der CEP in Berlin (Herbst 2004).<br />
In Kooperationen wie der Clean Energy Partnership (CEP) oder der<br />
Arbeitsgemeinschaft Wasserstoffpro<strong>je</strong>kt Flughafen München (ARGEMUC)<br />
entwickelt <strong>Linde</strong> die nötige Dynamik, um wasserstoffbasierte Pro<strong>je</strong>kte<br />
effizient und zielgerichtet durchzuführen. Gemeinschaftspro<strong>je</strong>kte wie<br />
di<strong>es</strong>e, die auch von politischer Seite – z.B. von der Deutschen Bund<strong>es</strong>regierung<br />
oder dem Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur,<br />
Verkehr und Technologie – gefördert und mitgetragen wer<strong>den</strong>,<br />
erzeugen Synergieeffekte, die <strong>es</strong> uns ermöglichen, schon heute die technologischen<br />
Voraussetzungen für eine leistungsfähige und nachhaltige<br />
Wasserstoffwirtschaft zu schaffen.<br />
HAT – T<strong>es</strong>ten mit Wasserstoff<br />
Um Wasserstoff-Verbrennungsmotoren und H 2 -Brennstoffzellen-Systeme<br />
t<strong>es</strong>ten zu können, hat sich <strong>Linde</strong> mit der TÜV Automotive GmbH und der<br />
FEV Motorentechnik GmbH zum HAT-Pro<strong>je</strong>kt (Hydrogen Advanced T<strong>es</strong>ting)<br />
zusammeng<strong>es</strong>chlossen. Zu <strong>den</strong> Zielen von HAT gehören die Planung und<br />
der Bau von schlüsselfertigen Wasserstoff-Prüfstän<strong>den</strong> und die kompetente<br />
Durchführung entsprechender Genehmigungsverfahren. <strong>Linde</strong><br />
übernimmt im Rahmen di<strong>es</strong>er Kooperation unter anderem <strong>den</strong> Bau und<br />
die Betreuung entsprechender Gasversorgungsanlagen sowie die Produktion<br />
und Lieferung von Wasserstoff.
Ausblick<br />
29<br />
<strong>Der</strong> Opel Fuel Cell Marathon führte kreuz und quer durch Europa, von der nördlichsten<br />
Stadt bis zum w<strong>es</strong>tlichsten Punkt d<strong>es</strong> Kontinents.<br />
Für das T<strong>es</strong>tfahrzeug HydroGen3 lieferte <strong>Linde</strong> während der g<strong>es</strong>amten Tour flüssigen<br />
Wasserstoff für <strong>den</strong> Betrieb der Brennstoffzelle.<br />
On the road mit <strong>Linde</strong>.<br />
Um die Alltagstauglichkeit von Wasserstoffautos unter Beweis zu stellen,<br />
genügt <strong>es</strong> nicht, lediglich lokal stationierte Fahrzeugflotten zu erproben.<br />
Schließlich müssen Wasserstoff-Fahrzeuge in der Lage sein, auch längste<br />
Strecken ohne Probleme zu bewältigen. Für einen entsprechen<strong>den</strong> Langstreckent<strong>es</strong>t<br />
fehlt <strong>je</strong>doch derzeit noch ein flächendeckend<strong>es</strong> Wasserstoff-<br />
Tankstellennetz.<br />
Härtet<strong>es</strong>t für Brennstoffzelle und Tanksystem<br />
Um <strong>den</strong> ultimativen Ausdauert<strong>es</strong>t für ein Wasserstoffauto mit Brennstoffzellenantrieb<br />
trotz der fehlen<strong>den</strong> Infrastruktur durchführen zu können,<br />
hat sich <strong>Linde</strong> gemeinsam mit dem Partner GM/Opel etwas einfallen<br />
lassen: Beim so genannten Opel Fuel Cell Marathon im Frühjahr 2004<br />
schickte man die Wasserstoff-Tankstelle ganz einfach mit „on the road“.<br />
Im Klartext: Ein Wasserstoffauto auf der Basis ein<strong>es</strong> Opel Zafira wurde<br />
auf einer über 10.000 km langen Marathon-Fahrt vom norwegischen<br />
Hammerf<strong>es</strong>t bis ins portugi<strong>es</strong>ische Cabo da Roca von einer mobilen LH 2 -<br />
Tankstelle begleitet. Für di<strong>es</strong><strong>es</strong> Pro<strong>je</strong>kt lieferte <strong>Linde</strong> nicht nur die g<strong>es</strong>amte<br />
Betankungstechnologie, sondern auch <strong>den</strong> flüssigen Wasserstoff.<br />
Erfahrungen wer<strong>den</strong> Kun<strong>den</strong> von <strong>Linde</strong> auch in Zukunft profitieren: Für<br />
Langstreckent<strong>es</strong>ts von Wasserstoff-Fahrzeugen bietet das Unternehmen<br />
die fahrbare LH 2 -Tankstelle unter dem Namen mobiLH 2® an.<br />
Weitere Pro<strong>je</strong>kte<br />
<strong>Linde</strong> beteiligt sich derzeit an zwei EU-Pro<strong>je</strong>kten, deren Ziel <strong>es</strong> ist, einer<br />
Wasserstoff-Energiewirtschaft <strong>den</strong> Weg zu ebnen. HyWays ist ein langfristig<br />
angelegt<strong>es</strong> Forschungspro<strong>je</strong>kt, in dem alle hierfür relevanten Daten<br />
analysiert wer<strong>den</strong>. Die Ergebnisse sollen <strong>es</strong> <strong>den</strong> Mitgliedsstaaten<br />
ermöglichen, die richtigen Entscheidungen für <strong>den</strong> Wandel zur Wasserstoff-Energiewirtschaft<br />
zu treffen. StorHy hingegen ist ein Konsortium<br />
von Unternehmen und staatlichen Einrichtungen, die sich speziell mit<br />
der Entwicklung von H 2 -Speichertechnologien für die Automobilbranche<br />
b<strong>es</strong>chäftigen. Ziel d<strong>es</strong> Konsortiums ist <strong>es</strong>, existierende Speichermedien<br />
konsequent zu verb<strong>es</strong>sern sowie innovative Speichertechnologien zu<br />
erforschen und bis zur Marktreife weiterzuentwickeln.<br />
Nach der sechswöchigen Reise durch insg<strong>es</strong>amt 14 Länder stand f<strong>es</strong>t:<br />
Alle Systeme hatten <strong>den</strong> Härtet<strong>es</strong>t erfolgreich b<strong>es</strong>tan<strong>den</strong>. Dank der patentierten<br />
LH 2 -Kupplung von <strong>Linde</strong> dauerte das Betanken d<strong>es</strong> Fahrzeugs<br />
<strong>je</strong>weils nur rund vier Minuten. Und auch das von <strong>Linde</strong> entwickelte, unter<br />
dem Rücksitz d<strong>es</strong> Fahrzeugs verstaute LH 2 -Tanksystem arbeitete absolut<br />
zuverlässig. Somit konnte neben der Zuverlässigkeit d<strong>es</strong> Brennstoffzellenantriebs<br />
auch der hohe Entwicklungsstand der LH 2 -Betankungstechnologie<br />
von <strong>Linde</strong> eindrucksvoll unter Beweis g<strong>es</strong>tellt wer<strong>den</strong>. Von di<strong>es</strong>en
30 Ausblick<br />
Eine Vision nimmt G<strong>es</strong>talt an. Die Wasserstoff-<br />
G<strong>es</strong>ellschaft – Entwicklungen und Prognosen.<br />
Bereits heute ist die g<strong>es</strong>amte Hardware für eine funktionierende Wasserstoff-Technologiekette<br />
– von der Herstellung bis zur Anwendung – prinzipiell<br />
vorhan<strong>den</strong> und einsatzbereit. Um zu einer emissionsfreien Wasserstoffwirtschaft<br />
zu gelangen, müssen eigentlich „nur“ noch die Energiequellen<br />
zur Wasserstoffproduktion von „schwarz“ auf „grün“ umg<strong>es</strong>tellt<br />
wer<strong>den</strong>, also von nicht-regenerativen, fossilen auf regenerative, umweltfreundliche<br />
Energiequellen.<br />
Nutzung konventioneller Energiequellen – zumind<strong>es</strong>t mittelfristig – noch<br />
deutlich wirtschaftlicher als der Einsatz von regenerativen Energiequellen.<br />
Um Wasserstoff als Energieträger flächendeckend zum Durchbruch<br />
zu verhelfen, sind also auch wirtschaftliche Faktoren, politische Entscheidungen<br />
und g<strong>es</strong>ellschaftliche Entwicklungen zu beachten.<br />
Hür<strong>den</strong> auf dem Weg in die Wasserstoff-G<strong>es</strong>ellschaft<br />
Di<strong>es</strong>em Entwicklungsschritt stehen bislang vor allem zwei Hindernisse im<br />
Weg: Zum einen fehlt <strong>es</strong> noch an entsprechen<strong>den</strong> Infrastrukturen (z.B.<br />
ein flächendeckend<strong>es</strong> H 2 -Tankstellennetz). Zum anderen ist derzeit die<br />
Energiequellen Wasserstoff-Technologieketten von <strong>Linde</strong> 1
Ausblick<br />
31<br />
Ausblick<br />
Die Auf<strong>gab</strong>en, die auf dem Weg in eine Wasserstoff-G<strong>es</strong>ellschaft gemeistert<br />
wer<strong>den</strong> müssen, sind vielfältig und anspruchsvoll. Sie wer<strong>den</strong> auch<br />
in Zukunft Wissenschaftler, Ingenieure, Unternehmer und Politiker vor<br />
große Herausforderungen stellen. Nur durch internationale Netzwerke,<br />
gemeinsame Bemühungen in Forschung und Entwicklung sowie intensiven<br />
Wissensaustausch wird <strong>es</strong> möglich sein, die g<strong>es</strong>etzten Ziele auch zu<br />
erreichen – nämlich einen sauberen, praktisch unbegrenzt zur Verfügung<br />
stehen<strong>den</strong> Energieträger flächendeckend und für <strong>je</strong>dermann erschwinglich<br />
bereitzustellen.<br />
Als einer der weltweit aktiven Marktführer im Bereich Wasserstoff engagiert<br />
sich <strong>Linde</strong> seit Jahrzehnten in der Erforschung di<strong>es</strong><strong>es</strong> enorm vielseitigen<br />
Energieträgers. Mit dem Bau und Export von Produktions- und Verflüssigungsanlagen,<br />
der Entwicklung innovativer Transport-, Speicherund<br />
Betankungstechnologien sowie der Produktion und Distribution<br />
von GH 2 und LH 2 hat <strong>Linde</strong> zudem die kompletten Technologieketten<br />
für Wasserstoff im Portfolio.<br />
Durch Eigeninitiative und erfolgreiche Zusammenarbeit mit Partnern und<br />
staatlichen Institutionen leistet <strong>Linde</strong> wichtige Beiträge, um die Voraussetzungen<br />
für eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft zu schaffen und<br />
voranzutreiben. Dass <strong>es</strong> vermutlich noch Jahre dauern wird, bis di<strong>es</strong>e<br />
Technologie in der breiten Öffentlichkeit zur Normalität wird, ist für <strong>Linde</strong><br />
<strong>je</strong>doch kein Grund, die Hände in <strong>den</strong> Schoß zu legen. Im Gegenteil: Die<br />
Aussicht, ein<strong>es</strong> Tag<strong>es</strong> auf eine vollkommen emissionsfreie Energieversorgung<br />
bauen zu können, ist für uns der Ansporn, unser B<strong>es</strong>t<strong>es</strong> zu tun,<br />
um di<strong>es</strong>e Vision wahr wer<strong>den</strong> zu lassen.<br />
Verbrauch
Vorsprung durch Innovation.<br />
<strong>Linde</strong> Gas ist mehr. <strong>Linde</strong> Gas übernimmt mit zukunftsweisen<strong>den</strong> Produkt- und Gasversorgungskonzepten eine Vorreiterrolle<br />
im globalen Markt. Als Technologieführer ist <strong>es</strong> unsere Auf<strong>gab</strong>e, immer wieder neue Maßstäbe zu setzen. Angetrieben<br />
durch unseren Unternehmergeist arbeiten wir konsequent an neuen hochqualitativen Produkten und innovativen Verfahren.<br />
<strong>Linde</strong> Gas bietet mehr – wir bieten Mehrwert, spürbare Wettbewerbsvorteile und erhöhte Profitabilität. Jed<strong>es</strong> Konzept wird<br />
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bedeutet für uns <strong>je</strong>doch nicht nur wir für Sie – sondern vor allem wir mit Ihnen. Denn in der Kooperation liegt die Kraft<br />
wirtschaftlichen Erfolgs.<br />
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