Der BMW Hydrogen 7
Der Energieträger: Wasserstoff als unbegrenzt verfügbare Alternative zu fossilen Kraftstoffen, nachhaltige Produktion als Perspektive

• Ökologisch vorteilhafte Produktion durch regenerative Energien.
• Wasserstoff-Erzeugung mit Wind- und Solarstrom: Hohes Potenzial in Europa.
• Neue Speichertechnologien in der Erprobung.

Wasserstoff bietet als Energieträger ein enormes Zukunftspotenzial, denn er steht praktisch unbegrenzt zur Verfügung. Wasserstoff (chemisches Symbol: H) ist das älteste, häufigste und leichteste Element im Universum. Er ist als Bestandteil von Wasser und allen organischen Verbindungen Teil des biologischen Kreislaufs und somit umweltverträglich. Wasserstoff lässt sich tiefkalt als Flüssigkeit oder in Gasform speichern und relativ einfach transportieren. Als Gas ist Wasserstoff ungiftig, farb- und geruchlos. In flüssiger Form enthält Wasserstoff, gemessen am Gewicht, eine um das Dreifache höhere Energiemenge als Benzin. Während der Einsatz fossiler Kraftstoffe zwangsläufig Kohlendioxid-Emissionen zur Folge hat, verhält sich Wasserstoff als alternative Antriebsenergie äußerst umweltverträglich, denn bei der Verbrennung entsteht praktisch nur Wasserdampf. Regenerativ erzeugt ist Wasserstoff im Vergleich zu anderen alternativen Kraftstoffen der einzig nachhaltig nutzbare Energieträger.

Die ökologischen Vorzüge sowie die angestrebte Unabhängigkeit von den nicht dauerhaft zur Verfügung stehenden fossilen Brennstoffen sind die wichtigsten Gründe dafür, dass BMW als einer der ersten Automobilhersteller der Welt bereits in den 80er-Jahren die mittel- und langfristige Entwicklung seiner Fahrzeuge auf den Betrieb mit Wasserstoff ausgerichtet hat. Die Zielsetzung besteht darin, Emissionen zu vermeiden und regenerativ erzeugte Energie in großem Umfang nutzbar zu machen.

Weltweit bereits 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff pro Jahr.

Derzeit werden weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff pro Jahr produziert, in Deutschland sind es rund 30 Milliarden Kubikmeter. Am häufigsten kommt Wasserstoff in Wasser sowie in Kohlenwasserstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas vor. Ungebunden ist Wasserstoff dagegen in der Natur praktisch nicht vorhanden. Um ihn energetisch nutzbar zu machen, muss er daher umgewandelt werden. Reiner Wasserstoff lässt sich beispielsweise aus Wasser, Biomasse, Erdöl oder Erdgas gewinnen. Besonders interessant dabei ist die nachhaltige Erzeugung innerhalb des regenerativen Kreislaufs der Natur. Denn Wasserstoff, der aus Biomasse oder mit Hilfe von Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft gewonnen wird, steht praktisch unbegrenzt zur Verfügung, da er sich im Gegensatz zu Kohle oder Erdöl in unendlicher Menge aus Wasser produzieren lässt.

Wasserstoffgewinnung aus Wasser.

Zu den interessantesten und langfristig aussichtsreichsten Möglichkeiten der Wasserstofferzeugung zählt die Elektrolyse. Denn mit Hilfe von Strom ermöglicht sie die praktisch unbegrenzte Herstellung von Wasserstoff aus Wasser. Dabei löst elektrische Energie die chemische Bindung des Wassers und zerlegt es in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff.

Bei diesem Verfahren entsteht an der Anode (positive Elektrode) Sauerstoff und an der negativen Kathode Wasserstoff. Dieses Prinzip wird in einem so genannten Elektrolyseur durch eine hintereinander angelegte Schaltung umgesetzt. Rund zwei Prozent des weltweit verbrauchten Wasserstoffs werden derzeit auf diese Weise produziert. Aus ökologischer Sicht macht das Verfahren vor allem dann Sinn, wenn der Strom für die Elektrolyse aus regenerativen Energieträgern gewonnen wird.

Wasserstoff durch Solarenergie.

Eine faszinierende Variante ist die Wasserstoffherstellung durch Solarstrom. Denn die Sonne hält das größte Potenzial erneuerbarer Energie bereit: Innerhalb einer Stunde schickt sie so viel Energie zur Erde, wie in einem Jahr weltweit verbraucht wird. Die Sonnenenergie eines Jahres summiert sich auf rund 1,1 Milliarden Terawattstunden, was ungefähr dem Zehntausendfachen des gegenwärtigen globalen Jahresverbrauchs entspricht. Sonnenenergie lässt sich beispielsweise durch Solarzellen umwandeln, die unmittelbar Strom produzieren. Zur Erprobung dieser Technik hat sich BMW frühzeitig an dem Solar-Wasserstoff-Projekt im bayerischen Neunburg vorm Wald beteiligt, wo in Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen die photovoltaische Erzeugung von Wasserstoff und seine Verwendung für verschiedene Zwecke erprobt wurden.

Nach aktuellem Stand der Technik wirtschaftlich noch interessanter ist die Stromerzeugung durch so genannte thermische Solarkraftwerke mit Parabolrinnenspiegeln. Dabei wird in einer Brennlinie der Spiegel Öl auf bis zu 400 Grad Celsius erhitzt. Dieses Öl verdampft in einem Wärmetauscher Wasser, das in einem nächsten Schritt eine Dampfturbine zur Stromerzeugung antreibt. Solche Anlagen arbeiten bereits in der kalifornischen Mojawe-Wüste und erzeugen dort auf umweltfreundliche Weise Solarstrom, der sich auch für die Wasserstoffgewinnung nutzen lässt. In dem weltweit größten Solarkraftwerk-Komplex werden mit 2,3 Millionen Quadratmetern Spiegelfläche 354 Megawatt Strom produziert. Das entspricht dem Energiebedarf von rund 200 000 Menschen.

Um die Nutzung der Solarkraft auch in Europa voranzutreiben, entsteht in Spanien derzeit eine den kalifornischen Solarkraftwerken ähnliche Anlage. Die Möglichkeiten zur Wasserstoffherstellung aus Solarstrom sind enorm. Experten schätzen, dass das weltweite technische Potenzial der 30-fachen Menge des aktuellen weltweiten Kraftstoffbedarfs entspricht.

Großes Potenzial in Europa.

Besonderes geeignet für thermische Solarkraftwerke sind die Regionen um den 40. Breitengrad. Die weitaus größten Potenziale bieten Afrika mit rund 1,5 Millionen und Australien mit rund 1,1 Millionen Terawattstunden (TWh). Aber auch für Europa ist diese Art der Stromerzeugung eine interessante Alternative. Experten schätzen das Potenzial auf rund 4 500 TWh, was der Leistung von mehr als 12 Millionen der genannten kalifornischen Solarkraft-Komplexe entspricht. Auch durch Photovoltaik, also dem Einsatz von Sonnenkollektoren, sind in Europa rund 600 TWh realisierbar.

Auch die Windkraft könnte zu einer bedeutenden Quelle für die Wasserstofferzeugung werden. Das weltweite Potenzial zur H2-Erzeugung durch Windstrom entspricht immerhin der 15-fachen Menge des derzeitigen Kraftstoffbedarfs. In Europa lassen sich nach Expertenschätzungen durch Offshore-Windkraft-Anlagen auf offener See Strommengen in einer Größenordnung von rund 1800 TWh erzeugen, an Land liegt das Potenzial von Windparks bei rund 350 TWh. Derzeit werden europaweit erst rund 60 TWh elektrische Energie per Windkraft erzeugt, was rund 2,4 Prozent des gesamten Energiebedarfs entspricht.

Wasserstoff aus Biomasse.

Eine weitere Alternative ist die Wasserstoffgewinnung durch nachwachsende Rohstoffe. Dies ist die einzige Möglichkeit, Wasserstoff direkt aus einem regenerativen Primärenergieträger zu erzeugen. Darüber hinaus gilt Biomasse als CO2-neutral, da die Pflanzen bei der Photosynthese in etwa die gleiche Menge Kohlendioxid aus der Luft aufgenommen haben wie bei der späteren Verarbeitung wieder freigesetzt wird. Wasserstoff aus Biomasse wird beispielsweise durch Vergärung oder durch Vergasung gewonnen.

Nach Ansicht von Experten kann für die Wasserstofferzeugung auch die Verwendung von Bioabfall eine Rolle spielen. Das weltweite Potenzial zur Wasserstoff-Erzeugung aus Biomasse beträgt rund 14 400 TWh. Dadurch ließen sich bereits heute rund 60 Prozent des weltweiten Kraftstoffbedarfs decken. Die Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse wäre vergleichsweise preisgünstig möglich. Dies zeigt eine Studie, in der die Kosten der Erzeugung bis zur Bereitstellung an der Tankstelle abgeschätzt werden. Demnach erscheint ein Betrag von 0,80 Euro je Wasserstoffeinheit, die den Energiegehalt eines Liters Benzin aufweist, realisierbar.

Vielfältige Speichermöglichkeiten.

Wasserstoff kann im Gegensatz zu elektrischer Energie auch in großen Mengen sowohl gasförmig als auch flüssig gespeichert werden. Das geschieht beispielsweise in Gasometern oder bei bis zu 100 bar in Druckspeichern. Kleinere Mengen lassen sich in Druckgasflaschen aus Stahl oder kohlefaserverstärktem Verbundmaterial mit bis zu 350 bar abfüllen. Neue Tanksysteme für Fahrzeuge, die mit einem Druck von bis zu 700 bar befüllt werden können, befinden sich bereits in ersten Fahrzeugen im Einsatz.

Wasserstofftank hinter der
Rücksitzbank des BMW Hydrogen 7

In flüssiger Form kann Wasserstoff bei minus 253 Grad Celsius gespeichert werden. Eine weitere Möglichkeit sind so genannte Hydridspeicher, bei denen Wasserstoff durch Druck in Metallpulver eingelagert und mittels Wärmezufuhr wieder freigegeben wird. Hydridspeicher können rund zwei Prozent ihres Eigengewichts an Wasserstoff aufnehmen, was für den Einsatz in Fahrzeugen jedoch nicht ausreicht. Außerdem wird derzeit die Speicherung in Nanofaserstrukturen oder Alanaten – Verbindungen aus Aluminium und Wasserstoff, die mit Magnesium legiert werden – erforscht. Diese Technologien eröffnen völlige neue Perspektiven für die Speicherung von Wasserstoff.

Quelle: BMW Presse-Information vom 13.11.2006

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