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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