Alternative Kraftstoffe
14.02.2018

Drei in Eins: Tankstelle der Zukunft liefert Strom, Wasserstoff und Methan

Foto: ZSW
Wasserstoff-Tankstellen sind in Deutschland bisher nur langsam am Kommen.

Eine Tankstelle, an der sich gleich drei alternative Treibstoffe zapfen lassen: Daran forschen Wissenschaftler des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg.

Tankstellen, an denen E-Autofahrer Strom und Wasserstoff bekommen, gibt es bereits. Eine Säule, an der sich zusätzlich auch das Erdgas-Substitut Methan zapfen lässt, wäre dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forderung Baden-Württemberg (ZSW) zufolge ein Novum. Dessen Forscher entwickeln derzeit eine solche "Multienergie-Zapfsäule" für den Testbetrieb.  

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Dabei gehen sie nach einem Drei-Stufen-Modell ("stufenförmige Nutzung") vor: Zuerst wird grüner Strom, beispielsweise aus Windanlagen, über das Stromnetz direkt in die Autobatterie geladen.  Wenn mehr Autos Strom benötigen, als bereitsteht, springt eine zugeschaltete, stationäre Großbatterie ein. Sie lädt immer dann auf, wenn es ein Überangebot an erneuerbarem Strom gibt. 

Grafik: ZSW

"Ist die Batterie voll und können auch die tankenden Elektroautos den Strom nicht mehr abnehmen, erfolgt bei Bedarf in einem zweiten Schritt die Umwandlung des Ökostroms in Wasserstoff", sagt Ulrich Zuberbühler vom ZSW. Dieser kann von Brennstoffzellen-Fahrzeugen getankt werden. Überschüssiger Wasserstoff wird ebenfalls gespeichert.

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Ist der Wasserstofftank voll und kein Brennstoffzellen-Auto in Sicht, dann erzeugt die Tankstelle daraus im dritten Schritt Methan. Dazu wird dem Wasserstoff Kohlendioxid zugeführt, an einem Katalysator reagieren beide Gase zu Methan. Erdgas-Fahrzeuge können dieses ohne Probleme nutzen - Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Und auch das Methan lässt sich bei Bedarf speichern und ins Erdgasnetz einspeisen. Damit wäre die Brücke zur Wärmeversorgung von Gebäuden geschlagen und die Sektorenkopplung umgesetzt.

Tankstelle soll in Pilotprojekt in der Stadt Heide getestet werden

"Mit unserem Vorhaben bleibt die Kopplung des Stromnetzes mit der Mobilität nicht auf Elektroautos beschränkt", sagt Zuberbühler. "Auch die anderen alternativen Antriebe profitieren davon." Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt und wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit rund 1,3 Millionen Euro gefördert.

Erstmals zum Einsatz kommen soll die Multienergie-Zapfsäule in der nordrhein-westfälischen Stadt Heide, wo in einem Stadtquartier die gesamte Energieversorgung auf Erneuerbare umgestellt wird. "Quarree100" nennt sich das mit insgesamt 24 Millionen Euro geförderte Leuchtturmprojekt, an dem Stadtverwaltung, Institute und Unternehmen beteiligt sind.

Alternative Kraftstoffe als chemische Langzeitspeicher lagerbar

An der neuen Tankstelle verwendet das ZSW zur Umwandlung von Grünstrom in Wasserstoff einen alkalischen Druck-Elektrolyseur, für die Methanisierung des Gases ein Plattenreaktor. Der Elektrolyseur hat eine elektrische Eingangsleistung von 100 Kilowatt. Das Institut plant, die Elektrolyse und die Methansynthese zeitlich voneinander zu entkoppeln. Zu diesem Zweck tüfteln die Forscher an einem Wasserstoff-Zwischenspeicher.

Der Wirkungsgrad der verschiedenen Anwendungen liegt bei der Umwandlung von Strom zu Wasserstoff bei rund 75 Prozent, bei Strom zu Methan sind es 60 Prozent. Am effizientesten ist die Verwendung des regenerativen Stroms in Elektromotoren – dort fallen keine Energieumwandlungsverluste an, sondern nur rund zehn Prozent Batteriespeicherverluste. Die alternativen Kraftstoffe Wasserstoff und Methan haben laut ZSW den Vorteil, dass sie als chemische Langzeitspeicher über große Zeiträume ohne Verluste gelagert werden können. Nutzt man die bei der Umwandlung entstehende Abwärme, steigert dies den Wirkungsgrad noch um einige Prozentpunkte.

In den kommenden drei Jahren kümmern sich die Wissenschaftler um die technische Entwicklung inklusive Sicherheitskonzept und klären alle Genehmigungsdetails. Ab 2020 soll die Multifunktionstankstelle dann im Demonstrationsbetrieb vor Ort getestet werden.

 

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Jutta Maier
Keywords:
Elektromobilität | Verkehrswende | Sektorenkopplung | Wasserstoff | Alternative Kraftstoffe
Ressorts:
Technology

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