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Das Energieproblem

Während die Nachfrage nach Energie weltweit wächst, gehen die Vorräte an fossilen Brennstoffen als derzeit wichtigste Energiequelle zurück. Darüber hinaus entsteht beim Einsatz fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung Kohlendioxid, eine der Hauptursachen für den Klimawandel.

Europa braucht für eine dauerhaft hohe Lebensqualität eine saubere, zuverlässige, technisch und logistisch sichere Energieversorgung. Dazu gehört, dass ihr Beitrag zum Klimawandel, der Ausstoß von Schadstoffen und die Abhängigkeit Europas von Importbrennstoffen verringert werden.

Die Umstellung auf eine solche Energieversorgung muss jedoch ohne Beeinträchtigung der europäischen Wirtschaft erfolgen. Sie sollte zudem sowohl wachstumsfördernd sein wie auch neue Absatzchancen eröffnen. Deshalb ist die Wasserstofftechnik Bestandteil des „Quickstart“- Programms im Rahmen der Europäischen Wachstumsinitiative, mit der die Wettbewerbsfähigkeit der EU gefördert und das Wirtschaftswachstum angeregt werden sollen.

Vorsichtige Fortschritte

Die Abkehr Europas von der im 20. Jahrhundert gegebenen Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen hin zu einer Ära, in der Wasserstoff und Strom die Hauptrolle spielen, erfordert eine sorgfältige strategische Planung. Die Umstellung muss schrittweise erfolgen. Zu diesem Zweck ist ein vorläufiger Plan für die Herstellung und Verteilung von Wasserstoff sowie von Brennstoffzellen und Wasserstoffanlagen aufgestellt worden, der die Verwirklichung einer auf Wasserstoff fußenden Wirtschaft bis zum Jahr 2050 zum Ziel hat.

Europa besitzt eine starke Position in Erforschung, Entwicklung und Einsatz der wesentlichen Technologien, die für eine auf Wasserstoff gestützte Wirtschaft unverzichtbar sind. Trotzdem ist wegen der Größe der Herausforderung eine globale Zusammenarbeit in der Forschung unabdingbar. Auf wichtigen Forschungsfeldern haben erste Bemühungen in diese Richtung zwischen Europa, Amerika und Asien bereits begonnen.

Wieso Wasserstoff?

Die Kombination aus Wasserstoff und Strom ist eine Erfolg versprechende Methode zur Verwirklichung einer schadstofffreien und umweltschonenden Energieversorgung. Weder Wasserstoff noch Strom sind Primärenergiequellen

– wie etwa Kohle oder Gas –, sondern Energieträger.

Zusammen könnten sie nach und nach den Übergang von einer auf fossilen Brennstoffen fußenden Wirtschaft zu einer praktisch kohlenstofffreien Energiezukunft ermöglichen. Dabei käme die neue und wichtige Brennstoffzellentechnik zur Anwendung, bei der aus Wasserstoff elektrische Energie gewonnen wird. Dadurch wird eine stärkere Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne sowie effizienter Technologien für fossile Brennstoffe ermöglicht, bei denen kein Kohlendioxid freigesetzt wird.

Verteilung und Sicherheit

Den örtlichen Gegebenheiten entsprechend kann Wasserstoff dezentral hergestellt oder aber von einer zentralen Großerzeugungsanlage geliefert werden. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis der einzelnen Möglichkeiten wird gegenwärtig untersucht.

In Europa besteht bereits ein Verteilernetz für Wasserstoff, das von der petrochemischen Industrie betrieben wird. Gleichwohl bedarf eine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff noch beträchtlicher Infrastrukturinvestitionen. Im Straßenverkehr sind zudem spezielle Tankanlagen erforderlich.

Wie bei anderen Kraft- und Brennstoffen steht auch beim Wasserstoff die Sicherheit an erster Stelle. Entsprechend müssen allgemein gültige Vorschriften für den Bau und Betrieb von Anlagen sowie für die Ausbildung qualifizierten Wartungspersonals erlassen werden. Hinzu kommt ein umfangreiches Informations- und Aufklärungsprogramm für die Öffentlichkeit.

Wasserstoffverwendung

Wasserstoff kann zur Wärme- oder Stromerzeugung oder als Antriebsenergie in Verbrennungs- oder Elektromotoren eingesetzt werden. Effizienter ist jedoch die Verwendung in Brennstoffzellen.

Bis zur Marktreife der Brennstoffzellentechnik kann der Wasserstoffbetrieb von Fahrzeugen mit Ottomotor wesentlich zur Verwendung von Wasserstoff beitragen. Auf längere Sicht wird die flächendeckende Einführung von Brennstoffzellen zur Folge haben, dass die lokale (verteilte) Stromerzeugung – sogar in Privathaushalten – alltäglich wird.

Entsprechende mit EU-Mitteln finanzierte Projekte

MOREPOWER

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer preisgünstigen Brennstoffzelle für die Direktumwandlung von Methanol oder Ethanol. Das Problem besteht darin, dass diese Brennstoffzelle zwar sehr leistungsfähig sein, aber wenig Wärme abgeben und wenig kosten soll. Einsatzmöglichkeiten finden sich in Geräten mit sehr geringem Strombedarf (Handys, Laptops usw.) und größeren tragbaren Elektrogeräten (z. B. Elektrowerkzeuge).

HI2H2

Im Rahmen dieses Projekts wird unter Einsatz der neuesten Werkstoffe und Produktionsverfahren ein moderner Hochtemperatur-Elektrolyseur entwickelt und erprobt. Das Gerät soll durch elektrochemische Umwandlung mit Planar-Volloxid effizient und kostengünstig Wasserstoff herstellen.http://www.hi2h2.com/

BIO-H2

Im Rahmen dieses Projekts wird untersucht, ob in einem Fahrzeug das Reformieren von Bio-Ethanol in Wasserstoff möglich ist.

HyNet

Hynet ist ein Themennetz, dessen Beteiligte einen europäischen Wasserstoff-Fahrplan mit Konzepten für die Umstellung von der auf fossilen Brennstoffen beruhenden Energieversorgung von heute auf eine nachhaltige, weitgehend auf Strom und Wasserstoff fußende Energieversorgung in der Zukunft vorschlagen sollen. Daraus ist das Projekt „HYWAYS“ hervorgegangen, in dessen Rahmen eine gründliche technische, soziale und wirtschaftliche Analyse der Möglichkeiten zur Wasserstofferzeugung durchgeführt wird. http://www.hynet.info/

EIHPII

Das „Integrierte europäische Wasserstoffprojekt“ ist ein vor-normatives Projekt für Forschung und technische Entwicklung, dessen 20 Partner sich mit der globalen Harmonisierung von EU-Vorschriften für Fahrzeuge mit Flüssig- oder Druckwasserstoffantrieb und für die benötigte Tankinfrastruktur befassen.
http://www.eihp.org/

HYSAFE

Im Rahmen dieses Projekts der Spitzenforschung arbeiten führende Industriefirmen und Forschungsorganisationen gemeinsam an einer breiten Palette von Sicherheitsbelangen im Zusammenhang mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen und einer Wasserstoff-Infrastruktur.
www.hysafe.net

FUERO

Bei FUERO handelt es sich um ein Bündel aus neun Projekten, in deren Rahmen Bauteile- und Systemanforderungen für Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb festgelegt werden. Die Einzelprojekte haben konkrete Schwerpunkte wie etwa die Entwicklung von Motoren (z. B. für Benzin, Methanol, Ethanol) und wichtigen Bauteilen für Brennstoffzellensysteme.
http://www.fuero.org/

STORHY

Dieses von großen europäischen Automobilunternehmen und Wasserstofflieferanten getragene Projekt zielt auf die Entwicklung stabiler, sicherer und effizienter Wasserstofftanks für Kraftfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb oder Verbrennungsmotor.
www.storhy.net

CUTE

CUTE ist das größte Demonstrationsprojekt für Busse mit Brennstoffzellenantrieb weltweit. In neun europäischen Städten werden 27 solcher Busse zwei Jahre im Linienbetrieb eingesetzt. Dabei kommen neuartige Systeme für Erzeugung, Speicherung und Bereitstellung von Wasserstoff zur Anwendung. Ergänzend läuft in Island das Projekt ECTOS.
http://www.fuel-cell-bus-club.com/

Wasserstoffherstellung und -speicherung

Wasserstoff ist ein Energieträger. Eine häufig gestellte Frage lautet, wo er herkommen soll. Die Erzeugung kann auf ganz unterschiedliche Weise aus verschiedenen Energiequellen erfolgen, das heißt aus fossilen Brennstoffen ebenso wie aus erneuerbaren Energieformen oder aus Kernbrennstoffen. Während manche Herstellungsmethoden bereits etabliert sind, sind für andere noch erhebliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig. Die gebräuchlichste Methode zur Herstellung größerer Mengen ist derzeit die katalytische Umwandlung (Reformieren) von Kohlenwasserstoff unter Einsatz von Wärme und Dampf.

In der Erprobung befinden sich unter anderem die folgenden Herstellungsmethoden: Vergasung von schweren Kohlenwasserstoffen oder Biomasse; Elektrolyse von Wasser unter Einsatz von Gleichstrom; thermochemische Zyklisierung unter Einsatz hochtemperierter Wärme aus Kern- oder Solarenergie; und die gesteuerte biologische Herstellung mit Hilfe von Algen oder Bakterien.

Wegen der vielen verschiedenen Quellen kann Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit der Energieversorgung und zu deren Verbesserung leisten.

Wasserstoff wird schon seit Jahrzehnten sicher im großen Maßstab gespeichert. Die Speicherung kann in unterirdischen Hohlräumen oder in Hochdrucktanks erfolgen. Ein größeres Problem ist die Speicherung in Kraftfahrzeugen, weil dort eine Reichweite erzielt werden soll, die einer normalen Tankfüllung mit anderen Kraftstoffen vergleichbar ist, ohne dass der Wasserstofftank zu viel Platz benötigt.

Die herkömmliche Speicherung etwa in Gasflaschen und Flüssiggastanks kann billiger gestaltet werden, indem man für die Behälter festere und leichtere Werkstoffe verwendet. Darüber hinaus befinden sich neue Speichermethoden, etwa die Wasserstoffabsorption mittels Metallhydriden, chemischen Hydriden und Kohlenstoffanlagen, in der Entwicklung.

Die prognostizierte Dualität von Strom und Wasserstoff bedeutet, dass es möglich sein wird, Wasserstoff in großen Mengen zu speichern und in Strom umzuwandeln. Dadurch wird die verstärkte Nutzung und Einbeziehung erneuerbarer Energieformen wie Wind- und Sonnenenergie erleichtert, die ihrem Wesen nach nicht ständig verfügbar sind.

Hin zum EFR für Wasserstoff

Im Juni 2003 legte eine Gruppe aus führenden Experten auf dem Gebiet Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (die so genannte „high-level group“) ihren Bericht „Wasserstoff und Brennstoffzellen – ein Leitbild für unsere Zukunft“ vor.

(http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/hlg_vision_report_en.pdf)

Das wesentliche Ziel des Berichts war die Ausarbeitung eines Leitbildes von der Rolle, die Wasserstoff und Brennstoffzellen in einer nachhaltigen Energieversorgung spielen könnten, und eines Vorschlags für die Verwirklichung dieser Vorstellungen in den nächsten 20 bis 30 Jahren.

Die Brennstoffzelle – eine Schlüsseltechnologie

Brennstoffzellen kommen für eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten in Frage. Diese reichen vom tragbaren Telefon über Kraftfahrzeuge jeder Größe, Schiffe und Luftfahrzeuge bis hin zur Stromerzeugung im kleinen und großen Maßstab.

Brennstoffzellen setzen bei der elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff elektrische Energie und Wasserdampf frei.

Der Wirkungsgrad ist außerordentlich hoch, zudem fallen bei der Verwendung reinen Wasserstoffs keinerlei Schadstoffemissionen an. Brennstoffzellen arbeiten mit unterschiedlicher Technik in verschiedenen Temperaturbereichen.

Die wichtigste Empfehlung lautete: Errichtung einer europäischen Plattform für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Mit Hilfe dieser Technologieplattform sollen Entwicklung und Einführung einer kostengünstigen, weltweit führenden europäischen Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik, die einen Beitrag zum Aufbau einer nachhaltigen Energieversorgung leisten wird, erleichtert und beschleunigt werden. Eine auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Energieversorgung würde sich von der heutigen in den zwei wichtigen Gesichtspunkten unterscheiden, dass der Ausstoß von Treibhausgasen abnehmen und die Versorgungssicherheit zunehmen würde.

Die europäische Plattform für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie ist, obwohl von der Europäischen Kommission ins Leben gerufen, ein unabhängiges Organ mit einer offenen Struktur sowie einer ausgewogenen Besetzung aus Interessenvertretern und unabhängigen Fachleuten.

Das „Herz“ der Plattform umfasst alle gegenwärtig von der EU finanzierten Tätigkeiten auf dem Gebiet der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik (beispielsweise Projekte, Initiativen, Netzwerke und Strukturen). Ziel ist die Eingliederung anderer nationaler, regionaler und kommunaler Projekte und Initiativen. Dadurch würden die derzeit noch fragmentierten europäischen Bemühungen in Forschung und technischer Entwicklung innerhalb eines Europäischen Forschungsraums (EFR) so gestärkt, dass das Leitbild der Plattform verwirklicht würde.

Herausgeber dieser Publikation:

Europäische Kommission
Generaldirektion Forschung
E-Mail: Research DG contacts

http://ec.europa.eu/research


Referat Information und Kommunikation
B-1049 Brüssel
Fax: +32 2 295 82 20

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