Aktuell / 05.07.2017

Statusseminar: Brennstoffzellen fit für den Wettbewerb machen

Eine Probe aus gläsernem Füge- und Dichtmaterial für Hochtemperatur-Brennstoffzellen wird mit einem unsichtbaren Laserstrahl geschmolzen. © Forschungszentrum Jülich

Brennstoffzellentechnologie in Deutschland: Welche Fortschritte in Forschung und Entwicklung wurden erreicht, und welche Hemmnisse gilt es auf dem Weg zur Industrialisierung und breiten Markteinführung der Technologie noch zu überwinden? Und wie lässt sich die Brennstoffzelle in das neue erneuerbare Energiesystem einbinden?

 

Über diese Fragen diskutierten rund sechzig Experten aus Forschung und Industrie Ende Juni während des BMWi-Statusseminars in Berlin. Auf der vom Projektträger Jülich organisierten Vernetzungsveranstaltung stellten Forscher und Entwickler erfolgreiche Projekte vor und tauschten sich darüber aus, welche Schwerpunkte künftig in der Brennstoffzellenforschung sowie zur Marktvorbereitung und -aktivierung gesetzt werden sollten.

Brennstoffzelle: aktuelle Entwicklung und Forschungsbedarf

Dieser Brennstoffzellen-Stack wurde im BMWi-geförderten Verbundvorhaben ZIM-VP speziell für Anlagen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) entwickelt. Er ist luftgekühlt und leistet 3,3 kW. © Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT)

Dr. Hans-Christoph Wirth vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ermunterte in seiner Einführung die Teilnehmer, im Vorfeld des kommenden 7. Energieforschungsprogramms den kurz- und mittelfristigen Forschungsbedarf im Bereich Brennstoffzellen(BZ)-Technologie zu benennen.

 

Das Statusseminar diente auch der Vernetzung der Forscher, die in unterschiedlichen Projekten die BZ-Technologie weiterentwickeln. Die Referenten vermittelten einen Überblick über die aktuelle Situation der Technologie. Am Beispiel von abgeschlossenen sowie noch laufenden Forschungsvorhaben präsentierten sie Erfolge sowie Probleme der Industrialisierung der BZ-Technologie.

 

Deutliche Verbesserungen konnten bei Standfestigkeit und Wirkungsgraden von Brennstoffzellen erreicht werden. Aktuelle BZ-Heizgeräte erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad von über 50 Prozent und einen Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent.

 

Die europäischen Hersteller müssen auf der Kostenseite einen erheblichen Vorsprung der asiatischen Konkurrenz wettmachen, die Zellen deutlich günstiger – zu einem Drittel des Preises – produzieren kann. Die Teilnehmer waren sich darüber einig, dass sich die gemeinsamen Bemühungen darauf konzentrieren müssen, Zellen, Stacks und Peripheriegeräte deutlich günstiger herstellen zu können, um mit diesen Anbietern und anderen Technologien auf dem Markt konkurrieren zu können. Bei BZ-Heizungen konnten die Hersteller bereits Kosten reduzieren, teils durch Redesign von Stack und Systemteilen, teils durch Nutzung von Komponenten aus der konventionellen Serienfertigung.

Handlungsbedarf und Wünsche der Forscher

Beim Statusseminar wurden viele marktreife Produkte vorgestellt, doch für Hochskalierung und Industrialisierung besteht weiterer Forschungsbedarf. Teilnehmer betonten, dass ein funktionierender Markt für BZ in Deutschland Voraussetzung für erfolgreiche Exporte sei, insbesondere im Automobilbereich mit Blick auf China und Asien allgemein. Neben einem zügigen Ausbau der Wasserstoff-Infrastruktur wünschen sie sich eine klare mittelfristige Planung sowie verlässliche Vorgaben der Politik für die weitere Entwicklung. BZ (und Elektrolyse) sollte als Baustein der Sektorkopplung im zukünftigen Energiesystem die Energiewende mit tragen, neben der Stromwende seien Lücken in den Bereichen Verkehr und Wärme zu schließen. Auch kann in ländlichen Regionen BZ-KWK mit Flüssiggas, insbesondere aus regenerativer / biogener Erzeugung zur Energieversorgung genutzt werden. In Beiträgen und Diskussion formulierten die Teilnehmer Handlungsbedarfe und Wünsche, wie etwa:

 

  • Vollständige Umstellung auf schwefelfreie Odorierung von Erdgas – dann kann die Entschwefelungskartusche deutlich kleiner dimensioniert werden,
  • Robustheit und Zyklenbeständigkeit verbessern,
  • Leistungsdichte steigern,
  • Standfestigkeit von BZ-Heizgeräten auf 40.000 Betriebsstunden verbessern,
  • Edelmetallbedarf für Katalysator weiter senken sowie Maßnahmen gegen Degradation,
  • mehr Kooperation und Standardisierung, um die Marktentwicklung zu beschleunigen.

Saubere Technologie verlangt saubere Luft

Das BMWi-Brennstoffzellen-Statusseminar im Berliner Kongresszentrum Axica wird von Vertreter des Ministeriums Dr. Hans-Christoph Wirth eröffnet. © BINE Informationsdienst

Brennstoffzellen nutzen Umgebungsluft für ihre Prozesse. Auf Luftschadstoffe wie NOx, SO2, Ammoniak usw. reagieren sie sehr empfindlich mit deutlichen Wirkungsgrad-Einbußen. Die quasi emissionsfreie Brennstoffzellen-Technologie verlangt saubere Luft, speziell BZ-betriebene Automobile sind im innerstädtischen Bereich, insbesondere in Tunneln, hohen Schadstoffbelastungen ausgesetzt. In einem Projekt wurden mit einem Messwagen die Auswirkungen auf Brennstoffzellen untersucht. Eine Reinigung der BZ-Zuluft ist unerlässlich, da Luftschadstoffe / Schadgase teilweise bereits im ppb-Bereich die Wirkung teils irreversibel beeinträchtigen können.

 

Die Anforderungen an Brennstoffzellen für den Einsatz in Fahrzeugen sind besonders hoch. Sie sollen kompakt sein und eine hohe Leistungsdichte erreichen, widerstandsfähig gegen Erschütterung und Vibration und Temperaturschwankungen, hohe Zyklenfestigkeit und Kaltstartfähigkeit bieten sowie Langlebigkeit zu günstigen Preisen.

 

Im Jahr 2016 wurden etwa 5.000 Brennstoffzellen-betriebene Fahrzeuge hergestellt. Die Experten erwarten, dass die Brennstoffzelle ab 2025 /2030 eine wichtige Rolle als Automobil-Antrieb spielen wird; sie schätzen, dass 2025 etwa 50.000 Fahrzeuge gebaut werden. Brennstoffzellenautos haben eine höhere Reichweite als (die meisten) Batteriefahrzeuge und sind in 2 bis drei Minuten aufgetankt. Doch die schnellere Verbreitung der Technologie hängt vom Ausbau der Wasserstoff-Infrastruktur ab.

Förderung unterstützt Technologieeinführung und Industrialisierung

Noch scheitert die breite Markteinführung von BZ-Heizungen vor allem an den hohen Systemkosten – trotz Technologie-Förderprogramm. Doch bereits jetzt sind die Kosten, bezogen auf eine Nutzungsdauer von 15 bis 20 Jahren, mit denen einer Brennwert-Heizungsanlage vergleichbar, und die Entwicklung geht weiter, der Markt wächst.

 

Die Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) erwartet, dass 2017 der Umsatz aus der Produktion von Brennstoffzellen in stationären und speziellen Anwendungen in Deutschland auf etwa 190 Millionen Euro steigt. Auch zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von kritischen Infrastrukturen und Telekommunikationseinrichtungen werden vermehrt Brennstoffzellen eingesetzt. Dennoch bleibt Deutschland im Marktvolumen weit hinter Nordamerika sowie Japan und Korea zurück.

 

Das Wachstum speist sich aus Kostensenkungen und ersten Skaleneffekten und wird unterstützt durch das Technologie-Einführungsprogramm für Brennstoffzellen-Heizgeräten für Ein- und Zweifamilienhäuser. Mit Wirkung zum 1. Juli 2017 erweiterte die Bundesregierung das Programm auch auf Mehrfamilienhäuser und Nichtwohngebäude: Nun können auch kleine und mittlere Unternehmen, Contractoren sowie kommunale Gebietskörperschaften Fördermittel beantragen. Die Förderung ist gestaffelt nach der elektrischen Leistung der Anlage; sie ist über die KfW zu beantragen im Programm „Energieeffizient Bauen und Sanieren - Zuschuss Brennstoffzelle“. Dazu Staatssekretär Baake: „Mit der Programmerweiterung der Zuschussförderung für Brennstoffzellen haben wir die Technologieeinführung noch weiter verstärkt. Die Neuerungen für den gewerblichen Bereich sind ein wichtiger Faktor, um diese hocheffiziente und zukunftsweisende Technologie breitenwirksam in den Markt zu bringen.“

 

Die Bundesregierung verlängerte 2016 das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologien (NIP) um weitere 10 Jahre, mit dem sie Forschung, Entwicklung, Demonstration und Marktvorbereitung sowie Marktaktivierung fördert.

Verknüpfte Projekte

  • Das neue autonome Brennstoffzellensystem wandelt still und leise - ohne Motor und Generator - Dieseltreibstoff in elektrische Energie. Ein unter der Leitung des Oel-Wärme-Instituts in Aachen entwickelte System zur mobilen Stromversorgung hat seine Bewährungsprobe bestanden. Die Forscher konnten die technische Reife der modular aufgebauten Demonstratoranlage im Inselbetrieb belegen. ... mehr

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Elektromobilität
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