Nut­zung von Was­ser­stoff

Mobilität der Zukunft
Mo­bi­li­tät der Zu­kunft
Bild 1/7, Credit: DLR

Mobilität der Zukunft

Fle­xi­bel ein­setz­bar, leicht zu trans­por­tie­ren und sau­ber ver­brenn­bar: Die Vor­tei­le von Was­ser­stoff als Ener­gie­trä­ger ma­chen ihn zu ei­nem hoff­nungs­vol­len Kan­di­da­ten, um die Ener­gie- und Ver­kehrs­wen­de vor­an­zu­trei­ben.
Der weltweit erste Wasserstoffzug
Der welt­weit ers­te Was­ser­stoff­zug ver­kehrt im Nor­den Nie­der­sach­sens
Bild 2/7, Credit: Alstom

Der weltweit erste Wasserstoffzug verkehrt im Norden Niedersachsens

Die welt­weit ers­te was­ser­stoff­be­trie­be­ne Re­gio­nal­bahn ist im Li­ni­en­ver­kehr zwi­schen Cux­ha­ven und Bux­te­hu­de im Ein­satz. Die ge­räusch­ar­me und emis­si­ons­freie Bahn wird am 25. Ju­ni 2019 in Ol­den­burg vor­ge­stellt.      
Technische Erprobungsflüge in Slowenien
Tech­ni­sche Er­pro­bungs­flü­ge in Slo­we­ni­en
Bild 3/7, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Technische Erprobungsflüge in Slowenien

Die Hy4 wur­de in Cer­klje ob Krki im öst­li­chen Slo­we­ni­en zu­sam­men mit dem Flug­zeugher­stel­ler Pi­pistrel um­ge­baut und tech­nisch er­probt.
Ein Lastenrad vom Typ Schwertransporter
Schwer­la­strä­der kön­nen Trans­por­te auf der Eu­ro­pa­let­te auf­neh­men
Bild 4/7, Credit: ©DLR.

Schwerlasträder können Transporte auf der Europalette aufnehmen

Ein Las­ten­rad vom Typ Schwer­trans­por­ter des Pro­jekts "Ich ent­las­te Städ­te" für große und schwe­re Trans­por­te.
Im schleswig-holsteinischen Geesthacht entsteht das DLR-Institut für Maritime Energiesysteme
Im schles­wig-hol­stei­ni­schen Geest­hacht ent­steht das DLR-In­sti­tut für Ma­ri­ti­me Ener­gie­sys­te­me
Bild 5/7, Credit: ©DLR

Im schleswig-holsteinischen Geesthacht entsteht das DLR-Institut für Maritime Energiesysteme

Ei­nen wis­sen­schaft­li­chen Schwer­punkt legt das neue In­sti­tut auf die Ent­wick­lung von Tech­no­lo­gi­en zur ener­gie­ef­fi­zi­en­ten und emis­si­ons­ar­men Be­reit­stel­lung von Strom, Wär­me und Käl­te für Fracht- und Pas­sa­gier­schif­fe.
Mobilität mit Wasserstoff
Mo­bi­li­tät mit Was­ser­stoff
Bild 6/7, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Mobilität mit Wasserstoff

Am DLR in Ol­den­burg ist be­reits seit zwei Jah­ren ein Was­ser­stof­f­au­to als Dienst- und For­schungs­fahr­zeug im Ein­satz. Der Hyun­dai ix35 Fuel Cell bringt 100 Ki­lo­watt Leis­tung auf die Stra­ße – und das na­he­zu ge­räusch­los und oh­ne schäd­li­che Emis­sio­nen.      
Wasserstoff-Brennstoffzelle im Labor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik
Was­ser­stoff-Brenn­stoff­zel­le im La­bor des DLR-In­sti­tuts für Tech­ni­sche Ther­mo­dy­na­mik
Bild 7/7, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Wasserstoff-Brennstoffzelle im Labor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik

Mit Hil­fe von Si­mu­la­ti­ons­mo­del­len wird das Zu­sam­men­spiel hy­bri­der Ener­gie­kon­zep­te in grö­ße­ren Leis­tungs­klas­sen von Flug­zeu­gen kon­ti­nu­ier­lich ver­bes­sert.

Grüner Wasserstoff ist dort eine nachhaltige Alternative, wo heute Benzin, Diesel, Kerosin oder Schweröl zum Einsatz kommen. Er bietet gleichzeitig den gewohnten Komfort von großen Reichweiten und schnellen Tankvorgängen. Brennstoffzellen zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus und verursachen außer Wasserdampf keine Emissionen – im Gegensatz zum direkten Verbrennen von Wasserstoff in Motoren und Turbinen. Das DLR entwickelt sowohl spezielle Brennstoffzellen als auch neuartige Wasserstofftanks für den mobilen Einsatz und integriert sie in die jeweiligen Gesamtsysteme, seien es Autos, Busse, Lastwagen, (Lasten-) Fahrräder, Züge, Flugzeuge oder Schiffe. Wasserstoffbasierte Antriebslösungen haben gegenüber Batteriekonzepten deutliche Vorteile wenn es darum geht, schwere Lasten über weite Strecken zu transportieren.

Nachhaltige Wasserstoffmobilität für Straße, Schiene, Luft und See

Brennstoffzellenfahrzeuge für den Individualverkehr sind bereits auf dem Markt erhältlich. Die DLR-Fachleute analysieren deren Markt- und Einsatzpotenziale. Brennstoffzellenzüge sind auf Strecken ohne Oberleitung eine emissionsfreie Alternative zu Dieseltriebwagen. Das DLR hat in einer Studie den Markt für Züge mit hybriden Antriebskonzepten untersucht sowie gemeinsam mit dem Schienenfahrzeughersteller Alstom den weltweit ersten Brennstoffzellentriebzug entwickelt und erprobt. Weitere Züge und Testregionen sollen folgen. Erste Busse mit Brennstoffzelle fahren bereits in Pilotprojekten auf den Straßen, und mehrere Hersteller entwickeln LKW mit dieser Antriebsform.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Nutzung von Wasserstoff für die Energieversorgung von Schiffen. Die Fachleute forschen an Aspekten wie Lebensdauer, Alltagstauglichkeit und der besonders effizienten Integration solcher Systeme, wenn zum Beispiel auf einem Schiff Strom für den Antrieb und gleichzeitig Kälte für die Kühlung der Fracht gebraucht wird. Gemeinsam mit Unternehmen und Forschungseinrichtungen arbeitet das DLR außerdem daran, maritime Antriebe zu untersuchen.

In der Luftfahrt kann Wasserstoff als Treibstoff in modifizierten Gasturbinen zum Einsatz kommen. Dies ist besonders für große Flugzeugklassen interessant, erfordert allerdings die Entwicklung luftfahrttauglicher Wasserstoffspeicher und neuer Brennkammersysteme. Das Fliegen mit Brennstoffzelle und elektrischen Antrieben stellt bisher eine sehr komplexe technische Herausforderung dar, verspricht aber besonders leise, effizient und emissionsfrei zu sein. Darüber hinaus können flüssige synthetische Treibstoffe auf Wasserstoffbasis das Fliegen deutlich nachhaltiger machen. Ihr Einsatz könnte in Zukunft nicht nur in der Luftfahrt gefragt sein, sondern auch überall dort, wo sich konventionelle Antriebe nicht ohne Weiteres durch klimafreundliche Alternativen wie Batterien oder Brennstoffzellen ersetzen lassen. Antriebskomponenten und Infrastruktur müssen dafür meist nur geringfügig angepasst werden. Institutsübergreifend werden die chemisch-physikalischen Eigenschaften solcher klimaneutralen Treibstoffe sowie deren Leistung, Zusammensetzung und wirtschaftliche Produktionswege untersucht.

Projektbeispiele:

  • ILint– Der weltweit erste Wasserstoffzug
  • SLRV – Safe Light Regional Vehicle mit hocheffizientem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieb
  • HY4 – Die HY4 ist weltweit das erste viersitzige Passagierflugzeug, das allein mit einem Wasserstoffbrennstoffzellen-Batterie-System angetrieben wird.
  • Future Fuels - Das DLR-Querschnittsprojekt erforscht synthetische Kraftstoffe.

Grüner Wasserstoff für Strom, Wärme und die Industrie

Auch der Energiesektor kann in Zukunft vom Allround-Talent unter den Energieträgern profitieren. Mit Brennstoffzellen und Gasturbinen lassen sich regelbarer Strom und regelbare Wärme erzeugen. Beides ist im Energiesystem von morgen, das auf schwankenden erneuerbaren Quellen beruht, eine zentrale Voraussetzung. So können Verbrauchsspitzen ausgeglichen werden. Dabei gilt es, möglichst hohe Wirkungsgrade zu erreichen.

Für die Umrüstung von bereits sehr effizient arbeitenden Gaskraftwerken auf Wasserstoff sind nur geringe Anpassungen notwendig. Aktuell forscht das DLR gemeinsam mit Turbinen- und Kraftwerksherstellern auf dem Gebiet der Brennstoffflexibilität und entwirft Konzepte, wie Gemische aus Erdgas und Wasserstoff möglichst stabil und schadstoffarm verbrennen. Darüber hinaus beschäftigen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Industriefähigkeit von Wasserstofftechnologien: Zusätzlich zum Einsatz von Wasserstoff in Gasturbinenkraftwerken kann regenerativ hergestellter Wasserstoff als Reduktionsmittel genutzt werden, zum Beispiel in der Stahlherstellung oder zur Ammoniaksynthese.

Projektbeispiele:

  • Sun to Liquid – Der im Projekt SUN-to-LIQUID verfolgte Ansatz nutzt konzentrierte Solarenergie, um flüssige Treibstoffe auf Basis von Kohlenwasserstoffen aus H2O und CO2 zu synthetisieren.
  • HyBurn – Im Projekt HyBurn (enabling hydrogen-enriched burner technology for gas turbines through advanced measurement and simulation) wird untersucht, welche Auswirkungen die Beimischung von Wasserstoff auf die Verbrennung und damit das Brennkammerdesign von Gasturbinen hat.
  • HYFLEXPOWER – Im Verbundprojekt HYFLEXPOWER (HYdrogen as a FLEXible energy storage for a fully renewable European POWER system) entsteht in einem 12-Megawatt-Pilotkraftwerk die bisher größte Strom-Wasserstoff-Zyklus-Anlage im industriellen Maßstab.
  • MENAfuels – Das Projekt MENAfuels analysiert, in welchem Umfang die MENA-Region (Nordafrika und Naher Osten) ein strategisch wichtiger Handelspartner bei der Versorgung Deutschlands (und der EU) mit synthetischen Kraftstoffen oder deren Vorprodukten sein kann.
  • LifetimeINH5000 – Erforschung von Lösungsansätzen zur Maximierung der Lebensdauer und Effizienz eines 5kW-PEM-Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerks.

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