Brennstoffzellen und Wasserstoff werden in den Energie- und Verkehrssystemen der Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Potenzielle Kostensenkungen hängen in diesem Bereich zum einen von einer steigenden Anzahl an Brennstoffzellen-Fahrzeugen ab. Aber auch die weltweiten Bemühungen, günstige Rahmenbedingungen für diese Technologie schaffen, werden eine wichtige Rolle spielen. Die Wasserstoff- und Brennstoffzellenindustrie hat bereits mit der Entwicklung größerer und flexiblerer Elektrolyseure begonnen, die Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik erzeugt.
Bjørn Simonsen, Vizepräsident für Marktentwicklung und Öffentlichkeitsarbeit beim norwegischen Unternehmen NEL Hydrogen wird als Redner beim pv magazine-Roundtable „Future PV“ auf der SPI in Las Vegas sprechen. Im Vorfeld sprach er mit pv magazine inwiefern der Erfolg des Energieträgers Wasserstoff von Kostensenkungen bei den Erneuerbaren abhängt.
pv magazine: Sie werden in Las Vegas über die Wirtschaftlichkeit der Wasserstoff-Herstellung aus Solarstrom in großem Maßstab sprechen. Haben Sie konkrete Projekte, von denen Sie uns erzählen können?
Bjørn Simonsen: Wenn wir uns die Vorteile der Herstellung von Wasserstoff aus Solarstrom anschauen, sprechen wir in erster Linie von Wasserstoff als Brennstoff. Derzeit sind wir vor allem in Kalifornien aktiv, wo wir verschiedene Projekte auswerten. Der Preis, bei dem Wasserstoff konkurrenzfähig zu Benzin wird, liegt für den Endkunden an der Tankstelle bei etwa sieben US-Dollar pro Kilogramm. Um ein Kilogramm Wasserstoff zu produzieren, benötigen Sie etwa 50 Kilowattstunden Strom. Und wir gehen davon aus, dass wir mit einem Preis von weniger als fünf US-Cent pro Kilowattstunde Strom ein brauchbares Geschäftsmodell aufstellen können – inklusive aller Investitionen, die für die Produktion und Verteilung des Wasserstoffs nötig sind.
Entnehmen Sie den Strom direkt aus Photovoltaikanlagen oder aus dem öffentlichen Netz?
Das hängt alles vom jeweiligen Anlagen-Design und auch von den vorhandenen Netznutzungsgebühren und verfügbaren Einspeisetarifen ab. Wir sehen daher sowohl netzgebundene als auch netzunabhängige Systeme. Wenn Sie einen Netzanschluss haben, steht Ihnen auch nachts Strom zur Verfügung, wodurch der Elektrolyseur besser ausgenutzt werden kann. Das ist aber gegebenenfalls auch möglich, wenn man eine Solaranlage mit ein oder mehreren Windrädern kombiniert. Zudem kann eine Verbindung zum öffentlichen Netz die Dinge auch komplizierter machen. Denn dann muss man sich auch mit den vor Ort geltenden Gebühren befassen, die solche Nutzungen oft eher bestrafen als anreizen, obwohl Stromnetz stark vom Einsatz von Elektrolyseuren profitieren könnten.
Zu weiteren Informationen und zur kostenlosen Registrierung für den Future PV Roundtable “Pushing the boundaries – the latest steps to decrease LCOE” gelangen Sie unter folgendem Link: https://www.pv-magazine.com/future-pv
Ist der Strom billiger, wenn die Elektrolyseure direkt neben Photovoltaik-Anlagen stehen oder können sie einfach von überall an das Netz angeschlossen werden?
Einige Solarparks, die heute errichtet werden, erreichen Levelized Costs of Energy (LCOE-Kosten) von bis zu drei US-Cents pro Kilowattstunde. Die LCOE-Kosten und der Nutzungsgrad des Elektrolyseurs sind für uns die wichtigsten Parameter. Wenn wir unter fünf US-Cents pro Kilowattstunde liegen, haben wir ein attraktives Geschäftsmodell. Und je weiter wir darunter liegen, desto besser. Bei einem sehr großen System wird das Projekt dann auch sehr profitabel.
Können Sie mit Leistungsschwankungen arbeiten und den Elektrolyseur gegebenenfalls auch nutzen um das Erzeugungsprofil eines Solarparks zur glätten?
Um Wasserstoff zu erzeugen, braucht die Erzeugung nicht stabil zu sein. Wir können die Elektrolyseure jederzeit flexibel bedienen. Mit Wolkendecken, Wetterschwankungen und solche Dingen können wir daher gut umgehen. Außerdem haben wir sowohl alkalische Elektrolyseure als auch Elektrolyseure mit Polymerelektrolytmembran (PEM). So können wir jeden Solar- und Windstrom nutzen und damit auch Dienstleistungen erbringen, wenn die Anlage netzgekoppelt ist.
Gibt es noch technische Herausforderungen zu überwinden?
Die Technik ist da. Natürlich gibt es auch kontinuierliche Verbesserungen bei dieser Technologie. Das betrifft zum Beispiel die Flexibilität und die Effizienz. Es geht aber nun vor allem darum, die Kosten weiter zu senken und passende Marktmechanismen zu schaffen. Dabei geht es einerseits um Anreizsysteme und andererseits darum, einen Markt für erneuerbaren Wasserstoff zu entwickeln.
Welche weltweiten Märkte halten Sie für besonders interessant?
Wir haben Elektrolyseure in der ganzen Welt installiert und Wasserstoff-Tankstellen in acht europäischen Ländern. Bald folgt die erste Tankstelle in Kalifornien. Mit den Strompreisen, die wir in Norwegen, Dänemark, Island und in zunehmendem Maße auch in Deutschland haben, sehen wir, dass wir Wasserstoff aus erneuerbaren Energien zu einem konkurrenzfähigen Preis produzieren können. Natürlich kommt der Strom dabei nicht immer aus Photovoltaik-Anlagen. In Norwegen nutzen wir zum Beispiel überwiegend Wasserkraft. Und es werden auch viele Windkraftanlagen zugebaut. Eine Kombination von Photovoltaik und Windkraft halten wir für ideal, da dann auch Nacht Strom produziert wird.
In Deutschland haben wir LCOE-Kosten für Solarstrom aus Großanlagen zwischen fünf und sechs Eurocent pro Kilowattstunde. Ist das in Verbindung mit Elektrolyseuren attraktiv?
Ja, wenn Sie bei fünf Eurocent pro Kilowattstunde sind, ist das wirklich interessant. In diesem Bereich sind wir konkurrenzfähig. Da die Benzinpreise in Europa viel höher sind als in den USA, ist erneuerbar erzeugter Wasserstoff, der als Treibstoff genutzt wird, hier auch früher wettbewerbsfähig – auch wenn die Strompreise hier höher sind als in den USA.
Ihr Geschäftsmodell bezieht sich auf die Nutzung von Autos mit Elektromotoren, die mit Brennstoffzellen angetrieben werden. In diesem Bereich gab es seit 20 Jahren keinen Durchbruch und im Bereich der Elektromobilität konzentriert sich die Diskussion derzeit sehr stark auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. Sie denken, dass Brennstoffzellen-Autos eine große Zukunft haben werden?
Sie sagen, dass es bereits vor 20 Jahren die ersten Wasserstoff-Autos auf den Straßen gab. Es ist aber bereits 100 Jahre her, dass das erste batteriebetriebene Elektroauto auf die Straße kam. Ich denke, dass die Entwicklung in den letzten 20 Jahren enorm war. Sie hat in den Medien aber nicht die Aufmerksamkeit bekommen, die sie verdient hätte. Es ist viel zu früh, um zu schlussfolgern, welche Technologie besser geeignet ist, um weiter nach vorne zu kommen. Im Moment gibt es ungefähr zwei Millionen batteriebetriebene Elektroautos auf den Straßen, im Vergleich zu etwa zehntausend Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen. Ich bin davon überzeugt, dass Brennstoffzellen und Wasserstoff zu integralen Bestandteilen des zukünftigen Transport- und Energiesystem werden. Auch deshalb, weil Wasserstoff-Systeme auch in anderen Transport-Arten zum Einsatz kommen können, zum Beispiel in Schwerlastfahrzeugen, Bussen, Zügen und Fähren.
Ein Vorteil von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen sind weniger Umwandlungsverluste und damit eine höhere Effizienz.
Mit dem Energieregime, in das wir hineingehen, verliert die gesamte Effizienzfrage an Bedeutung. Wir sind es gewohnt, über Energie als eine begrenzte Ressource nachzudenken. Wenn Sie zum Beispiel ein Fass Öl haben, dann sollten sie diese begrenzte Menge an Rohstoff effizient nutzen. Sie müssen das Fass aber nicht komplett sofort verbrauchen sondern können einen Teil davon auch erst in mehreren Jahren nutzen. Was Sie heute nicht verbrauchen, haben Sie später übrig. Bei erneuerbaren Energien ist das anders. Die muss man nutzen, wenn sie da sind. Daher müssen wir Energie mit neuen Augen betrachten. Die Kosten sind dabei interessanter als die Effizienz. Wenn die Kosten für erneuerbaren Strom niedrig genug ist, kann es sich rechnen, damit Wasserstoff zu produzieren und diesen dann zu den Tankstellen zu bringen. Wenn Sie ihre Fahrzeugbatterie mit der Solaranlage vom eigenen Hausdach aufladen können, ist das natürlich effizienter. Aber sie werden es nicht erleben, dass Leute mit ihrem Elektroauto zu einem weit entfernten Solarpark fahren, um dort bei sonnigem Wetter ihre Batterien aufzuladen. Deshalb werden die beiden Technologien nebeneinander existieren und sich im Idealfall gegenseitig ergänzen.
Die Fragen stellte Michael Fuhs.
Bearbeitet von Brian Publicover und Mirco Sieg.
Bjørn Simonsen, Vizepräsident für Marktentwicklung und Öffentlichkeitsarbeit bei NEL Hydrogen, wird beim pv magazine-Roundtable „Future PV“ auf der SPI in Las Vegas über die Speicherung von Solarenergie durch die Produktion von Wasserstoff sprechen. NEL Hydrogen war auch auf der Ausstellung Wasserstoff + Brennstoffzellen + Batterien auf der Hannover Messe vertreten. Die Organisatoren setzen ihre Arbeit auf der SPI mit der Ausstellung „Hydrogen + Fuel Cells North America“ fort. Dort werden rund 40 Aussteller und Partner erwartet.
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Ein leichter Widerspruch ist immer spürbar, wenn Herr Simonsen von der Nutzung von Überschussstrom aus Erneuerbaren Anlagen für die Wasserstoffproduktion spricht, andererseits betriebswirtschaftlich sinnvoll erläutert, dass ein Elektrolyseur sich natürlich nur rechnet, wenn er möglichst durchgehend läuft – deshalb der Hinweis auf die Vorteile einer Kombination von Wind und PV. Wenn er in Norwegen hauptsächlich Wasserkraft nutzt, ist das natürlich bedauerlich, denn gerade Wasserkraft ist eine erneuerbare Energiequelle, die besser bedarfsgerecht steuerbar ist als Wind und PV.
Was er völlig unerwähnt lässt, ist, dass in Japan schon 50.000 Brennstoffzellen-Heizungsanlagen/Jahr verkauft werden. Wegen der niedrigeren Kosten der Großserienfertigung in Japan verkaufen die deutschen Heizungshersteller jetzt japanische Brennstoffzellen. Sie sind allerdings immer noch so teuer, dass die staatliche Subvention zur Markteinführung in D um die 10.000 € beträgt. Für den Privathaushalt ist eine Kombination von PV und Brennstoffzellen-Heizung durchaus interessant: Sommers hat man Strom aus PV, winters Strom aus der Brennstoffzelle mit sinnvolleinsetzbarer Wärme als Abfallprodukt. Mit den üblichen Leistungen solcher Mikro-Brennstoffzellen lässt sich allerdings kaum der Wärmebedarf eines Passivhauses decken – als Komplettlösung also nur für energieeffiziente Häuser denkbar.
Alleine die Infragestellung von Herr Simonsen ob sich im Bereich der Mobilität das batteriebetriebene Konzept oder das Brennstoffzellenkonzept durchsetzten wird ist völlig Lachhaft. Wie wenig Techniker und viel Interessensvertreter kann man den sein um die offensichtlichen Nachteile dieser Technik, momentan im Fahrzeugbereich mit Umwandlungsverlusten von um die 90%(!!).
Nicht umsonst spricht der ehemalige Mitbegründer von TESLA Herr Tarpenning regelrecht von Betrug an der Allgemeinheit… einzig und allein ein Versuch verschiedener Interessensverbände (Automobil hier speziell Toyota, BMW, Daimler – und Mineralölkonzerne bzw. Energieversorger) sich Pfründe bzw. Abhängigkeiten zu bewahren.
Dies hat den besagten Konzernen Milliarden gekostet, leider ist die Technologie speziell im Mobilitätsbereich derart so offensichtlich Irre dass sich sogar Toyota vor kurzem entschlossen hat doch auf rein batteriebetriebene Fahrzeuge zu setzen bevor alles zu spät ist…
Für Herr Simonsen aber noch einen Spruch eines berühmten Schweden:
Die größten Sorgen habe ich mir oft über die Dinge gemacht, die hinterher nicht eingetreten sind…
Sven Hedin schwedischer Asien-Forscher
( http://energyload.eu/elektromobilitaet/elektrofahrzeuge/tesla-wasserstoffzellen-betrug/ )
Die Frage, welche Technik sich durchsetzen wird, hält Herr Simonsen ja offen. Das Brennstoffzellenauto hätte immerhin den Vorteil, dass Wasserstoff eine hohe Energiedichte pro Kilo hat, und die Abwärme der Brennstoffzelle in mittleren Breiten willkommen zur Fahrzeugheizung ist.
Das batteriegetriebene Auto wird nur eine Chance haben, wenn eine wesentlich verbesserte Batterietechnologie mit höherer Energiedichte kommt, oder – brut force – ein praktikables Batteriewechselsystem eingeführt wird, bei dem man an den Tankstellen ganze Batteriepakete innerhalb weniger Minuten austauscht.
Eine höhere Energiedichte bei Batterien wäre aber nicht nur ein Entwicklungsproblem, sondern auch ein Wärme- und damit Sicherheitsproblem – das will alles erledigt sein. In meinen Augen ist über die Mobilitäts-Technologie der Zukunft noch nicht entschieden. Selbst die Stromzuführung über Oberleitung (wie bei Bussen) oder aus dem Untergrund (wie bei der Magnetschwebebahn) ist immer noch denkbar. Der mitgeführte Energiespeicher müsste dann nur Lücken und die „letzte Meile“ überbrücken.
Bloß, weil einige Unternehmen in technologische Sackgassen geraten waren, ist das noch lange kein Indiz, dass ein Prinzip als solches untauglich wäre. Aus der Vielfalt heraus wird sich das durchsetzungskräftigste (leider nicht immer das beste, siehe „Windows“ u.a.) herauskristallisieren.
Und hier noch ein paar Fakten zum dem Thema Wasserstoff im Autobereich , die Herr Simonsen , der Vertriebsleiter eines kleinen Startups aus Norwegen , das Brennstoffzellen herstellt in sein Interview über geht und auch der unkritische Interviewer nicht anspricht :
Um Wasserstoff im Autobereich zu verwenden ist Kompression oder Verflüssigung nötig , die weiter Energie verbraucht , und den Wirkungsgrad um 20 bis 30 % senkt.
Wasserstoff wird erst bei minus 253 Grad Celsius flüssig. Deshalb kann er nur in stabilen und hochisolierten Drucktanks gelagert und transportiert werden. Ein Tank-Lkw mit einem Gesamtgewicht von 40 Tonnen kann gerade einmal dreieinhalb Tonnen Wasserstoff transportieren, sagt der Gaskonzern Linde.
Ein weiterer Punkt sind die Tankstellen , so gibt es in Deutschland aktuell gerade einmal 60 Wasserstofftankstellen , die überwiegend vom Start-up H2 Mobility betrieben werden. Zum Vergleich: Für batterieelektrische Autos stehen etwa 9000 Ladesäulen bereit, für Verbrenner knapp 15.000 Benzin- und Dieseltankstellen.
Der nächste Punkt ist der Preis für so ein Wasserstoffauto. Mercedes verkauft seinen fertig entwickelten F-Cell erst gar nicht. Der Hyundai iX 35 Fuel Cell kostet 65.000 Euro, der Mirai von Toyota knapp 80.000 Euro.
Vom Hyundai iX 35 , den Hyundai seit 2013 produzierte wurde bis Mitte 2017 weniger als 1.000 Fahrzeuge abgesetzt ( Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Hyundai_ix35_FCEVhttps://de.wikipedia.org/wiki/Hyundai_ix35_FCEV ) . Und Toyota hat vom Mirai , bei dem der Verkauf in Japan 15. Dezember 2014 begann bis Ende 2017 nur 5300 Mirai verkauft. Nicht zuletzt deshalb ist auch Toyota jetzt als einer der letzten großen PKW-Hersteller in Sachen E-Mobilität auf BEV umgeschwenkt.
Die Brennstoffzelle im Automobilbereich hat nicht die geringste Chance. Never ever, fool-cell forever! Das war schon 2006 klar, und bis heute hat sich nicht das Geringste daran geändert. Naja…im Anbetracht von autonomen Fahrzeugen (Robotaxis) in der nicht allzu fernen Zukunft ist die in der Kostenbilanz dreimal schlechtere FC noch ungeeigneter.
Aber P2G ist wirklich interessant um insbesondere den Solareinbruch im Winter auszugleichen – klassische Alternative: Holzwirtschaft. Bei P2G könnte man eventuell auch effizientere Typen von Brennstoffzellen verwenden als im mobilen Bereich und die Erdgas-Speicher nutzen, in denen momentan das Gas von den kriegstreibenden, Brüdervölker überfallenden Russen gelagert wird…falls die sich auch für H_2 eignen…
mercedes hatte den wasserstoffantrieb 1987 serienreif