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Am Puls
Wien 10.09.2013
Prof. Dr. Werner Tillmetz
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW)
Baden-Württemberg
Brennstoffzelle
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Brennstoffzellen – warum?
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Atomkonflikt mit dem Iran Als Reaktion auf das Ölembargo der EU hätte Teheran den
Export von Erdöl in sechs Länder der EU gestoppt.
(15.02.2012 Berliner Morgenpost)
Libyen-Krise gefährdet die
Weltwirtschaft
Katastrophe von Fukushima 2011
Energiewende
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Treiber für den Wandel
Globaler Klimawandel und lokale Luftverschmutzung
>>> Emissionsgesetzgebung
Alarmierende Zunahme des Weltenergiebedarfes
Begrenzte fossile Brennstoffe - Peak Oil
Globaler Wettbewerb der Volkswirtschaften
>>> geopolitische Abhängigkeiten bei der Energieversorgung
Neue Technologien für die Produkte von morgen
>>> Beispiele: Toyota Prius, Tablet PC, Digital-Kamera….
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Treiber: Peak-Oil
year
Quelle: General Motors
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Quelle: Energy Watch Group 2013
Fördermaximum
?
Treiber: Peak-Oil
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Quelle: Energy Watch Group 2013
Fördermaximum
?
Treiber: Peak-Oil
Schließen der Lücke durch
maximale Effizienzsteigerung
&
maximale Nutzung
Erneuerbarer Energien
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Treiber: Wirkungsgrade
Typische Fahrzeug-Wirkungsgrade (Tank to Wheel):
Verbrennungsmotor: 20 – 25 %
Brennstoffzellen-Elektroantrieb: 40 – 50 %
Batterie-Elektroantrieb: 70 – 80 %
Elektro-Fahrzeuge werden betrieben
mit Strom oder Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien
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Brennstoffzelle – das Prinzip
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Brennstoffzellen = Energiewandler
Brennstoffzellen wandeln
• Brenngase (Wasserstoff = gut speicherbar)
• und Sauerstoff (aus der Luft)
• hoch effizient und schadstofffrei in
• Strom, Wärme und Wasser um
Brenngas
O2
2e- 2e-
Wasser + Wärme
H+
Luft H2 O2
Katalysator Membran
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Brennstoffzellen in der Elektromobilität
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E-Fahrzeuge
mit
500 km Reichweite
&
3 Minuten Betankungszeit
&
für Reiselimousinen und Busse
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E-Fahrzeuge
mit
500 km Reichweite
&
3 Minuten Betankungszeit
&
für Reiselimousinen und Busse
ein Traum?
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E-Fahrzeuge
mit
500 km Reichweite
&
3 Minuten Betankungszeit
&
für Reiselimousinen und Busse
ein Traum?
Nein >>>
seit vielen Jahren im Alltagseinsatz
in der Flottenerprobung
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• Viele hundert Fahrzeuge der 2. und
3. Generation seit Jahren im Alltag unterwegs
• Erfüllen Kundenanforderungen
- Reichweite
- Schnelles Tanken
- Heizung und Klima
• Serienproduktion in Vorbereitung:
- Hyundai produziert aktuell 1000 Fahrzeuge
- Toyota: Verkauf ab 2015, Partnerschaft mit BMW
- Daimler/Nissan/Ford: 100 000 Fahrzeuge ab 2017
Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle
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Bus mit Brennstoffzelle in Berlin
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Brennstoffzellensystem für Fahrzeugantriebe
Leistungselektronik
Luftversorgung
Wasserstoff-Kreislauf
Brennstoffzelle (80 kW)
3. Generation, Daimler AG (Vollintegriertes Kompaktsystem
unter der Motorhaube)
2. Generation, Daimler AG (Baugruppen diskret im Fahrzeug
verteilt)
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Wasserstoff – Treibstoff und Energiespeicher
Quelle: Hydrogenics
• Wasserstofferzeugung aus
Erneuerbarem Strom über Elektrolyse
• Speicherung von Überschussstrom
• Treibstoff für Brennstoffzellen-
Fahrzeuge
• Kritischer Pfad: Aufbau von
Wasserstofftankstellen
(heute ca. 200 weltweit, große
Regierungsprogramme etabliert)
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Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung
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• Dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme (im Wohnhaus) 0,5 - 5 kWel
• Erdgas/Biogas/Flüssiggas
• Rund 90% Gesamtwirkungsgrad
• Japan: mehr als 40.000 Geräte installiert (Markthochlauf),
Großserienproduktion ab 2015
• Deutschland: Derzeit ca. 500 Geräte installiert,
Feldtest und Markteinführungsphase
CO2-Einsparung: 1.200 kg CO2 pro Jahr und Haushalt
Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung
Quelle: Callux
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Japanische Geräte zur Hausenergieversorgung
Gemeinsames Marketing - mehr als 40 000 Geräte installiert
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Beispiel Panasonic
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Brennstoffzellen für die sichere Stromversorgung
- 24 - - 24 -
Brennstoffzellen für die sichere Stromversorgung
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung, Notstrom, autarke Systeme, ...
• Viele Anwendungen in der Telekommunikation und in anderen
sicherheitsrelevanten Bereichen (z.B. digitaler Behördenfunk)
mit langen Überbrückungszeiten (Leistungsbereich 0,5 ..... 20 kW)
• Weltweit mehrere Tausend Einheiten in Betrieb
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Brennstoffzellen für die industrielle Stromerzeugung
Brennstoffzellen für die industrielle Stromerzeugung
(Bloom Energy, USA)
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• Vor-Ort Stromerzeugung aus Erdgas
• 50/100/200 kW Module
• SOFC-Technologie, 60+ % Wirkungsgrad
• z.B. Apple Data Center (10 MW), eBay Data Center (6 MW)
Schlüsselkomponenten von
Plansee (Reutte/Tirol)
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Brennstoffzellen für …….
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Quellen: Hymer AG, SFC Energy AG
Netzunabhängige Stromversorgungen
• Bordstromversorgung für Freizeit, Messstationen,
Pipelineüberwachung etc.
• DMFC- Technologie (Methanol als Brennstoff)
• Leistung: 50 … 300 W, hybridisiert mit Akku
Beispiele: Stromversorgung für Wohnmobil, Yacht und für Permafrostmessungen
(Mölltaler Gletscher)
SFC Energy
> 26 000 Einheiten verkauft
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Flurförderzeuge
• Flurförderzeuge mit Brennstoffzellen-E-Antrieb
• PEM-Technologie – Wasserstoff
• Schnelle Betankung – 24h Betrieb – kein Batteriewechsel
• mehrere Tausend Einheiten in USA im Einsatz
Quellen: Still, Fronius, ZSW
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Ausblick
• Das fossile Zeitalter geht zu Ende
• Viele neue Technologien begleiten den Wandel
und führen zu Produkten der Zukunft
• Brennstoffzellen und Wasserstoff sind
Schlüsseltechnologien der Energiewende
• Brennstoffzellen sind für einige Märkte kommerziell verfügbar
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Mercedes Benz F-Cell World Tour – March 7, 2011
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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