Die Mobilität der Zukunft Wasserstoff

Wasserstoff und die E-Mobilität

Einfach weiter mit fossilen Kraftstoffen fahren? Das ist langfristig gesehen keine Option. Zum einen ist Deutschland internationale Klimaschutzverpflichtungen eingegangen, und zum anderen möchte die Autoindustrie auch noch in den kommenden Jahren erfolgreich ihre Produkte verkaufen. Die Hersteller haben eingewilligt, bis 2035 umweltgerecht angetriebene Fahrzeuge zur Serienreife zu bringen.

Für den privaten Individualverkehr kommt häufig das E-Auto mit Akku zum Einsatz. Dieses kann die Energie aus einer Kilowattstunde Strom effizient umsetzen. Der Kostentreiber ist aktuell noch die Batterie. Das wird sich jedoch künftig ändern. Seit Jahren wird deshalb die Brennstoffzelle als Zukunftstechnologie gehandelt – und als weitere Möglichkeit im umweltfreundlichen Antriebsmix: Mit Wasserstoff lässt sich innerhalb von wenigen Minuten das Fahrzeug betanken – ohne eine große und schwere Batterie mitführen zu müssen – ein klarer Vorteil.

So funktioniert die Brennstoffzelle

Im Inneren der Brennstoffzelle befinden sich eine Anode und eine Kathode. Das sind zwei gasdurchlässige Elektroden, die mit einem Katalysator beschichtet sind. Dieser Katalysator besteht in der Regel aus Platin. Voneinander getrennt sind die Elektroden durch eine sogenannte Elektrolytmembran. Der Anode wird gasförmiger Wasserstoff zugeführt, der Kathode meist Umgebungsluft. Beide Gase reagieren miteinander. Durch die Potenzialdifferenz der beiden Elektronen entsteht elektrischer Strom, der einen Elektromotor antreibt. Als Abfallprodukt entsteht nur Wasser, das aus dem Auspuff tröpfelt. Dadurch kommt es beim Fahren nicht zu Emissionen. Allerdings ist der Wasserstoff kein natürlich vorkommender Rohstoff. Für seine Herstellung ist ein hoher Energieaufwand erforderlich.

Weil eine einzelne Brennstoffzelle nicht genug Energie generiert, um ein Fahrzeug anzutreiben, wird ein Stapel Brennstoffzellen in Serie geschaltet. In jeder Zelle wird der zugeführte Wasser- und Luftsauerstoff in elektrische Energie umgewandelt. Dieser Zellstapel heißt auch Brennstoffzellen-Stack. Dieser besteht in der Regel aus Bipolarplatten, Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs), Dichtungen sowie Endplatten und dem Verspannsystem.

Der Wasserstoffverbrennungsmotor

Wasserstoff kann aber nicht nur in der Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Auch konventionelle Verbrennungsmotoren lassen sich mit dem chemischen Element flexibel betreiben. Im Vergleich zu einem modernen Elektroauto ist der Wirkungsgrad auch deutlich geringer: Während ein reines E-Fahrzeug rund 80 bis 90 Prozent einer Kilowattstunde Strom als Antriebsleistung auf die Straße bringt, benötigt ein Wasserstoffauto etwa doppelt bis dreimal so viel Strom für die gleiche Strecke.

Wasserstoff – die autarke Lösung

Laut dem Netzbetreiber EnBW ist die Anzahl an E-Autos, die gegenwärtig über private Wallboxen oder öffentliche Ladestationen mit Strom versorgt werden, schon heute eine Herausforderung. Die Netzbetreiber stehen vor der Aufgabe, zukünftig den gesamten Autobestand in Deutschland mit Strom beliefern zu müssen. Das wären laut EnBW 40 Millionen batteriebetriebene Autos, oder mehr. Das heutige Stromnetz ist technisch dafür noch nicht ausgelegt. Es werden zwar voraussichtlich in den kommenden zehn bis zwanzig Jahren genügend Steckdosen vorhanden sein, aber wahrscheinlich kann nicht genügend Strom bereitgestellt werden.

Hier überzeugen die Vorteile von Wasserstoff. Denn der Fahrer kann sein Auto an einer konventionellen Tankstelle in wenigen Minuten mit Wasserstoff betanken. Während der Fahrt erzeugt er seinen Strom ganz einfach selbst. Diese autarke Lösung rechnet sich insbesondere im Nutzfahrzeugbereich bei langen Strecken von mehr als 1.000 Kilometern. Durch den Wegfall der Batterie sinkt das Gesamtgewicht des Fahrzeugs deutlich, was sich äußerst positiv auf dessen Reichweite auswirkt. Dazu kommt ein weiterer Vorteil: Die Betankung mit Wasserstoff erfolgt deutlich schneller, als der Ladevorgang einer Batterie. Das ist besonders bei Nutzfahrzeugen relevant. Damit ist die Brennstoffzelle oder eine Kombination aus Brennstoffzelle, Batterie und E-Motor ein fester Bestandteil der Future Mobility.

Wasserstoffantrieb und Elektroauto im Vergleich

Wie Sonplas Hersteller unterstützt

Sonplas baut auf mehr als 25 Jahre Fachkompetenz in der Kraftstoffeinspritzung. Als Dienstleister bietet Sonplas die Möglichkeit, wasserstoffführende Komponenten in einem eigenen Prüfstand auf Funktion und Lebensdauer zu prüfen. Ein hauseigenes Kraftstofflabor, Machbarkeitsanalysen und Produkttests erweitern darüber hinaus noch die Angebotspalette für unsere Kunden.

Das hauseigene Wasserstoff-Testcenter der Sonplas GmbH

Wasserstoff spielt eine wichtige Rolle für eine saubere Mobilität, denn anders als mit fossilen Kraftstoffen werden zum Antrieb mit grünem Wasserstoff keine CO2-Emissionen freigesetzt. Der Energieträger wird mithilfe einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt, und dieser treibt einen Elektromotor an. Aus dem Auspuff kommt lediglich Wasserdampf.

Um die Serienreife eines Wasserstoffantriebs sicherzustellen, sind präzise Funktionsprüfungen an wasserstoffführenden Bauteilen notwendig. Wir können auf mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Einspritzung konventioneller Kraftstoffe wie Benzin und Diesel zurückgreifen und sehen zahlreiche Synergien in den Prüfprozessen und im Equipment bei wasserstoffführenden Komponenten. Damit konnten wir mit wenig Aufwand unser umfangreiches Know-how in diese Zukunftstechnologie übertragen und den H2-Prüfstand entwickeln – und unser Portfolio um die Funktions- und Lebensdauerprüfung von wasserstoffführenden Komponenten erweitern. Auch eine zeitlich hochaufgelöste Messung der Gas-Einblaserate kann in diesem Prüfstand dank eines eigens entwickelten Messgeräts bestimmt werden. Die Prüfungen erfolgen in einer Thermokammer, in der unser H2-Prüfstand Ihre Bauteile während der Prüfung temperiert. Der Temperaturbereich beginnt bei minus 40 und reicht bis plus 130 Grad Celsius. Mit einem weiteren Modul lässt sich der Wasserstoff auf die unterschiedlichen Temperaturen konditionieren. Die Anforderungen an ein Fahrzeug können sich in verschiedenen Regionen und Betriebsbedingungen stark unterscheiden.

Wir haben zudem ein Konzept erarbeitet, das sich aktuell noch in der Umsetzung befindet. Damit werden wir künftig Ihre Komponenten im Dauerbetrieb testen können. Das können 100, aber auch 1.000 Stunden sein. Bei diesem Verfahren fangen wir den Wasserstoff, der durch das Bauteil führt, wieder auf, sammeln ihn und nutzen ihn erneut. Dadurch sparen Sie deutlich Kosten und schonen zusätzlich die Umwelt.

Kosten im Blick

Nicht immer ist vor einem Projekt klar, wie viel Druck benötigt wird, welche Massenströme oder welche Funktionen erforderlich sind. Diese können sich auch während des Projekts verändern. Damit Sie von Anfang an Ihre Investitionen im Blick haben, bieten wir ab 2023 mit unserem H2-Prüfstand ein modulares System an. Sie erhalten eine Sondermaschine, die Sie jederzeit ganz nach Ihren Anforderungen nachrüsten und konfigurieren können.

Als Dienstleister bieten wir Ihnen auch die Möglichkeit, Ihre Komponenten bei uns im Haus zu prüfen. Halten Sie Ihre Kosten gering und buchen Sie nur die Prüfzeit, die Sie benötigen. Profitieren Sie von wertvollen Erkenntnissen zu Ihren Produkten – oder zu einem geplanten Prüfstandprojekt, an dem Sie gerade arbeiten. Unsere Experten stehen Ihnen mit umfassendem Know-how zur Seite.

Die drei Wissenspfeiler

Mit gasförmigen Medien kennen wir uns aus. Wir konnten in der Vergangenheit umfangreiches Know-how mit Verdichten und Komprimieren von Gasen sammeln und haben entsprechende Anlagen entwickelt. Zudem können wir auf sehr viel Erfahrung mit ATEX-zertifizierten Maschinen zugreifen. Unsere Experten überwachen die laufenden Prüfungen permanent. Wir können Sie zudem zu allen Testungen umfassend beraten. Mit diesen drei Wissenspfeilern aus Erfahrung, Testung und Beratung haben Sie mit uns einen zuverlässigen Partner an Ihrer Seite.