Heute, wo wir ständig an die steigenden Gaspreise und die Notwendigkeit der Energiesicherheit erinnert werden, liegt es auf der Hand, dass grüner Wasserstoff eine dringend benötigte Alternative für die Mobilität bieten kann.

Angesichts der Klimakrise hat die grüne Wasserstoffmobilität schon vor der jüngsten Energiekrise zugenommen.

Die treibende Kraft der grünen Wasserstoffmobilität sind Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge - kurz FCEVs. Wie batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) werden sie mit Strom betrieben, der jedoch aus Brennstoffzellen gewonnen wird, die Wasserstoff umwandeln, anstatt ihn aus Batterien zu beziehen. Die Debatte über die Überlegenheit von FCEV und BEV geht zwar weiter, aber die schnellere Betankung und die größere Reichweite von FCEVs verschaffen ihnen in einigen Anwendungsfällen Vorteile.

Dazu gehören Fahrzeuge für den Langstrecken- und Schwerlastverkehr, die Luftfahrt und sogar Flotten von Wasserstoffautos mit hoher Auslastung, wie Taxis oder Polizeiautos, die von einer schnellen Betankung und großen Reichweiten profitieren.

Kombiniert man dies mit dem Potenzial von grünem Wasserstoff, Energiespeicherung und Spitzenausgleich mit emissionsfreiem Verkehr zu verbinden, ist es leicht zu verstehen, warum wir allmählich Ankündigungen von Wasserstoffzentren an Flughäfen und Schiffshäfen sehen, die sich auf die Produktion, Nutzung und den Export von Wasserstoff konzentrieren.

So offensichtlich es auch erscheinen mag, die Betankung ist ein entscheidender Aspekt der Wasserstoffmobilität, aber es steckt viel mehr hinter dem Prozess, als man auf den ersten Blick sieht. Wo können wir Wasserstofftreibstoff finden?

Treffen Sie die Station

Werfen wir zunächst einen kurzen Blick auf die verschiedenen Phasen der Betankung von grünem Wasserstoff an einer so genannten Wasserstofftankstelle (Hydrogen Refuelling Station - HRS). Eine HRS umfasst die Infrastruktur für die Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen mit Wasserstoff, der im Brennstoffzellenfahrzeug in Strom und Wasserdampf umgewandelt wird.

Zunächst müssen wir das H2 beschaffen. Abgesehen von grauem H2, das aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas hergestellt wird, gibt es folgende Möglichkeiten: die Verwendung von grünem Ammoniakgas - ein neuer Ansatz, bei dem Ammoniak „gecrackt“ wird, um Wasserstoff freizusetzen -, die Anlieferung von grünem H2 per Anhänger oder Rohrleitung und die Erzeugung von Wasserstoff vor Ort durch Elektrolyse.

Da wir von der Kraft der dezentralen Wasserstofferzeugung überzeugt sind, gehen wir von einer Vor-Ort-Produktion mit modularen Elektrolyseuren aus, die mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Wenn der Wasserstoff die Elektrolyseure verlässt, entfernt ein Trockner das überschüssige Wasser, um den für Brennstoffzellen erforderlichen Reinheitsgrad zu erreichen.

Das Gas bekommen

Nach der Herstellung des Wasserstoffs muss dieser gespeichert werden - wahrscheinlich in Niederdrucktanks vor Ort. Der grüne Wasserstoff bleibt hier, bis er für die Betankung benötigt wird. Dann durchläuft er in der Regel einen Kompressor, der ihn auf den für das jeweilige FCEV benötigten Druck anhebt.

Anschließend wird er in Kaskadenspeichern oder Hochdruckpufferspeichern gelagert, die den grünen Wasserstoff auf den optimalen Druck für die Betankung bringen. Wenn der Wasserstoff entweder 350 bar oder 700 bar erreicht hat, wird er durch eine Kältemaschine geleitet, um auf Minustemperaturen abzukühlen, und dann zur Zapfsäule geleitet.

Dies ist der Teil, den wir alle von Tankstellen kennen - ein flexibler Schlauch, der an das Fahrzeug angeschlossen wird, nur dass er in diesem Fall über zusätzliche Sicherheitsüberwachungseinrichtungen verfügt und sich beim Betanken nahtlos anschließt.

Einfach ausgedrückt, das war's. Einige HRS tanken Flüssigwasserstoff oder kryokomprimierten Wasserstoff und die Betankungszeiten sind unterschiedlich, aber viele FCEVs können in einer fünfminütigen Kaffeepause betankt werden.

Unterwegs sein

Flotten sind der Ort, an dem sich ein Großteil der FCEV-Aktivitäten und der Nachfrage nach Wasserstofftankstellen abspielt - insbesondere für Fahrzeugflotten wie Wasserstoffbusse, bei denen sich Investitionen in umweltfreundliche Wasserstoffbetankungssysteme dank der garantierten und regelmäßigen Nutzung an Verkehrsknotenpunkten schneller auszahlen.

Solche Wasserstofftankstellen für Flotten können auch als Wegbereiter für andere FCEV-Mobilität gesehen werden, da sie in einigen Fällen auch die Betankung von Privatfahrzeugen ermöglichen, die sonst keine Möglichkeit zum Tanken hätten.

In dem Maße, in dem HRS für immer mehr Anwendungsfälle eingesetzt werden, wächst der Bedarf an Mehrzweck-Betankungslösungen, und einige Integrationsspezialisten stellen sich dieser Herausforderung.

Das deutsche Unternehmen JA-Gastechnology (JAG) hat beispielsweise ein multifunktionales Wasserstoffbetankungssystem entwickelt, das auf gestapelten AEM-Elektrolyseuren basiert, um Wasserstoff für verschiedene FCEVs zu liefern. Lösungen wie diese bedeuten, dass ein und dasselbe HRS Fahrzeuge mit einem Druck von 350 bar, wie Gabelstapler und Busse, oder Standard-Wasserstoffautos mit einem Druck von 700 bar direkt betanken kann.

HRS wie dieses, die modulare Elektrolyseure verwenden, werden als vorteilhaft angesehen, da sie es den Kunden ermöglichen, die Betankung mit grünem Wasserstoff in kleineren Mengen zu testen und durch Hinzufügen weiterer Elektrolyseure zu erweitern.

Hubs, Meer und Himmel

Aber Wasserstoff-Hubs und die dazugehörigen Wasserstofftankstellen werden nicht nur auf das Land beschränkt sein.

Dank des Zusammenflusses des Potenzials von grünem Wasserstoff für die landgestützte Mobilität, den Export, die industrielle Nutzung, den Energiebedarf und sogar die H2-Bunkerung, die den frühen Einsatz von FCEVs in emissionsfreien Schiffen auf See ermöglichen wird, werden jetzt viele Wasserstoff-Hubs in Häfen eingerichtet.

Auch wenn es sich derzeit hauptsächlich um kleine Anlagen handelt, entstehen von Belgien bis Australien größere hafenbasierte Wasserstoffzentren, von denen einige wie das Wasserstoffzentrum im Hafen von Newcastle ehrgeizige sektorübergreifende Ziele verfolgen.

Über Land und Meer hinaus bieten Flughäfen eine weitere Möglichkeit für Tankstellen-Ökosysteme und Wasserstoff-Hubs. Dies liegt an der bevorstehenden Nachfrage nach grünem Wasserstoff für den Antrieb von FCEV-Flugzeugen, der bestehenden Verkehrsinfrastruktur, der nahe gelegenen Industrie und dem Potenzial für die Installation von Solar- und Elektrolyseurkapazitäten vor Ort.

Ein frühes Beispiel dafür ist das HyFlyer-Projekt unter der Leitung von ZeroAvia, einem Luftfahrtunternehmen, das herkömmliche Flugzeugmotoren durch wasserstoffelektrische Antriebe ersetzt.

Ihre Partner Fuel Cell Systems Ltd und das European Marine Energy Centre lieferten eine flugzeugtaugliche mobile Wasserstoffbetankungseinheit mit AEM-Elektrolyseuren von Enapter für grünen Wasserstoff vor Ort. Auf der Grundlage dieser Hydrogen Airport Refueling Infrastructure (HARE) will ZeroAvia nun die Infrastruktur für die Betankung mit grünem Wasserstoff an Flughäfen weltweit weiter entwickeln und ausbauen.

Was demnächst ansteht

Bis Ende 2021 wird es weltweit mindestens 685 Wasserstofftankstellen geben. Diese Zahl mag zwar global gesehen klein sein, aber sie wird ziemlich schnell wachsen.

Asien ist ein Wachstumsmarkt: Japan ist Vorreiter und will die erste „Wasserstoffgesellschaft“ der Welt werden. Passenderweise hatte es bis Ende 2021 159 betriebsbereite HRS. Südkorea ist ebenfalls auf dem Vormarsch und will bis 2025 100.000 Wasserstoff-Brennstoffzellenautos bauen, während China sich zum Ziel gesetzt hat, bis 2030 über eine Million FCEVs für kommerzielle Zwecke einzusetzen.

Europa holt auf und will bis Ende 2021 228 Wasserstofftankstellen in Betrieb nehmen. Eine Schätzung geht davon aus, dass in Europa bis 2030 mindestens 60.000 Elektro-Lkw mit Brennstoffzellen in Betrieb sein werden, wofür eine große Anzahl von Wasserstofftankstellen für schwere Fahrzeuge erforderlich wäre - wahrscheinlich 300 allein in Deutschland.

Das ist eine große Zahl, aber um nur eine Partnerschaft zu nennen, die sich dieser Herausforderung stellt: Philips 66 und H2 Energy haben kürzlich vereinbart, bis 2026 bis zu 250 Tankstellen in Deutschland, Österreich und Dänemark zu bauen.

Dies zeigt, dass die Infrastruktur für das Wachstum der grünen Wasserstoffmobilität zwar noch im Entstehen begriffen ist, die Lösungen aber bereits vorhanden sind. Und da die wachsende Zahl von Wasserstofftankstellen und Wasserstoff-Hubs dazu beiträgt, das Problem der Nachfrage und des Angebots von grünem Wasserstoff zu lösen, eröffnet dieses Wachstum zusammen mit den steigenden Kosten und der Volatilität fossiler Brennstoffe FCEVS für viele weitere Dekarbonisierungslösungen.

Wenn Sie wissen möchten, wie unsere Integrationspartner Sie bei der Erfüllung Ihrer Anforderungen an Wasserstofftankstellen unterstützen können, senden Sie uns eine E-Mail an info@enapter.com.