In unserem letzten Blog über flüssigen Wasserstoff haben wir uns mit den Eigenschaften, der Geschichte und dem einzigartigen Potenzial von Wasserstoff befasst. Wir haben beschrieben, warum Wasserstoff ein großes Potenzial in Bezug auf Nachhaltigkeit hat und welche Branchen heute auf diesen vielseitigen Energieträger setzen.
Doch wofür genau wird Wasserstoff verwendet? In diesem Blog stellen wir fünf Projekte vor, bei denen (flüssiger) Wasserstoff eine wichtige Rolle spielt.
1. Wasserstoffbetriebene Personenkraftwagen von SK und Hyundai Motor
Mit dem vorrangigen Ziel der Nachhaltigkeit arbeiten mehrere Automobilhersteller derzeit an PKWs mit einer Brennstoffzelle für gasförmigen Wasserstoff (bei einem hohen Druck von 700 bar). Die Motoren dieser Autos sind vollelektrisch, und die Brennstoffzellen erzeugen Energie, indem sie Wasserstoff mit Sauerstoff in Kontakt bringen. Das einzige Abgasprodukt ist Wasser.
Es sind bereits einige Wasserstoffautos auf dem Markt. Ein Beispiel für ein groß angelegtes Projekt, das sich mit der Produktion und Förderung dieser Fahrzeuge befasst, ist die Zusammenarbeit zwischen SK und Hyundai Motor. Hyundai stellt die Fahrzeuge her, während das Wasserstoffwerk von SK in Incheon, Korea, genug Wasserstoff für 200.000 Wasserstoffautos produziert.
Durch ihre Zusammenarbeit wollen die beiden Hersteller die Wasserstoffwirtschaft stärken und in Zusammenarbeit mit verschiedenen anderen Parteien und mit Unterstützung der Regierung eine groß angelegte Wasserstoffinfrastruktur aufbauen.
Wie die Zukunft der Wasserstoffautos aussehen wird, ist noch nicht absehbar. Denn bisher wird hauptsächlich grauer Wasserstoff (Methandampfreformierung) verwendet. Daher ist die Nachhaltigkeit der Autos derzeit eher enttäuschend. Darüber hinaus sind Wasserstoffautos noch relativ teuer. Der Einsatz von Brennstoffzellen anstelle von reinen Elektroautos steht in der Kritik: Ist die zusätzliche Umwandlung von Energie in Wasserstoffenergie wirklich notwendig? Wir werden sehen, welche Methode sich in den nächsten zehn Jahren durchsetzen wird.
Quelle: Der Hyundai NEXO
2. ISRO-Antriebskomplex (IPRC), eine Testanlage für Raketentriebwerke
Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist einer der Hauptabnehmer von flüssigem Wasserstoff. Die kryogene Flüssigkeit wird unter anderem für den Start von Raketen und für die Prüfung von Raketentriebwerken verwendet.
Im Distrikt Tirunelveli in Indien befindet sich der ISRO-Antriebskomplex (IPRC). Die Anlage ist mit den modernsten Einrichtungen ausgestattet, die für die Realisierung der fortschrittlichsten Produkte der Antriebstechnologie im Rahmen des indischen Raumfahrtprogramms erforderlich sind. Zu den Tätigkeiten der ISRO gehören die Montage, Integration und Prüfung von Kryo-Triebwerken für Trägerraketen und zugehörige Subsysteme.
In Zusammenarbeit mit Linde Kryotechnik hat Demaco im Jahr 2006 die kryogene Infrastruktur für die Cold Flow Test Facility (SCFT) entworfen, gebaut und vor Ort installiert. Der SCFT wird für die Entwicklung, Qualifizierung und Abnahmeprüfung von halbkryogenen Motorsystemen eingesetzt. Demaco lieferte vakuumisolierte Transferleitungen und Ventilkästen für flüssigen Wasserstoff und flüssigen Sauerstoff. Der Prüfdruck des Systems war extrem und erreichte bis zu 330 bar(g).
Das anspruchsvolle Projekt in Indien war eines der ersten bedeutenden Wasserstoffprojekte, an denen Demaco beteiligt war. Der Erfolg dieses Projekts war eine einmalige Gelegenheit, frühzeitig zu zeigen, dass Demaco über das gesamte Know-how auf dem Gebiet des flüssigen Wasserstoffs verfügt. Und in den letzten Jahrzehnten ist dieses Know-how noch gewachsen.
Quelle: ISRO-Antriebskomplex (IPRC) Indien
3. ASuMED, ein supraleitendes Triebwerk für Flugzeuge
Vor einigen Jahren wurde das Projekt ASuMED ins Leben gerufen. Dieses Projekt wird durch das Horizon 2020-Programm der Europäischen Union unterstützt und konzentriert sich auf die Entwicklung eines vollständig supraleitenden Elektromotors für Verkehrsflugzeuge.
Seit Beginn des Projekts im Jahr 2017 hat Demaco mit einem erfahrenen Expertenkonsortium zusammengearbeitet, um ein supraleitendes Triebwerk zu entwickeln, das leichter ist als herkömmliche Flugzeugtriebwerke und die CO2-Emissionen von Flugzeugen erheblich reduzieren kann.
Das Triebwerk basiert auf dem Doppelkryostat-Konzept; es enthält also zwei separate Kryostate und zwei separate Kühlsysteme. Eine für den Rotor und eine für den Stator. Die Kühlung des Rotors erfolgt mit Helium, während der Stator mit flüssigem Wasserstoff gekühlt wird.
Supraleitende Triebwerke bieten einzigartige Möglichkeiten für eine nachhaltige Zukunft der Luftfahrtindustrie. Derzeit werden mehrere Flugzeuge mit einem leichten, supraleitenden Triebwerk entwickelt. Die ersten Prototypen sollen bis 2030 produziert werden.
4. Wasserstoffbetriebene Lkw von Daimler
Neben Personenkraftwagen können auch Lastkraftwagen mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle ausgestattet werden. Vor allem schwere Lkw, die weite Strecken zurücklegen, verursachen mit einem herkömmlichen Motor eine Menge CO2-Emissionen. Eine emissionsfreie Alternative würde daher einen großen Unterschied für die Nachhaltigkeit dieser Branche bedeuten.
Daimler Trucks ist einer der Lkw-Hersteller, die sich für die Nutzung von Wasserstoff für einen nachhaltigeren Lkw-Verkehr einsetzen. Das erste von Daimler vorgestellte wasserstoffbetriebene Konzeptmodell ist der Mercedes-Benz GenH2 Truck. Dieser Lkw soll genauso leistungsfähig sein wie herkömmliche dieselbetriebene Lkw und mit einer Tankfüllung Flüssigwasserstoff mehr als 1.000 Kilometer weit fahren.
Die ersten Versuchsfahrzeuge des Mercedes-Benz GenH2 Trucks werden voraussichtlich im Jahr 2023 von Kunden in Betrieb genommen, während die Serienproduktion in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts beginnt.
Quelle: Ein Prototyp des GenH2-Lkw
5. Die Norled-Fähre in Norwegen
Und schließlich ein aktuelles Wasserstoffprojekt, bei dem Demaco eine wichtige Rolle spielte. Wasserstoff wird heute als nachhaltiger Kraftstoff im Straßenverkehr, in der Schifffahrtsindustrie und im Fährverkehr eingesetzt.
Norled, das Unternehmen hinter mehreren Schiffen und Schnellfähren in Norwegen, hat 2020 die erste Wasserstofffähre der Welt auf den Markt gebracht. Das MF Hydra-Boot enthält einen 80 m3 großen Tank für flüssigen Wasserstoff und zeigt, dass ein völlig emissionsfreier Fährbetrieb möglich ist. Sollte diese neue Technologie vom Rest der Branche übernommen werden, könnte sie zu einer Verringerung der CO2-Emissionen um 600.000 Tonnen pro Jahr führen.
Das Norled-Projekt ist ein besonderes Projekt für Demaco. Wir waren stolz darauf, an der Entwicklung der kompletten vakuumisolierten Wasserstoffinfrastruktur beteiligt zu sein, die den Betrieb des MF Hydra ermöglicht. Dazu gehören die vakuumisolierten Flüssigwasserstoff-Transferleitungen an Bord der Fähre und Hilfstechnologien wie ein Ladearm zum Bunkern des flüssigen Wasserstoffs.
Pionierprojekte wie das Norled-Projekt ermöglichen es unseren Ingenieuren, ihr Fachwissen über flüssigen Wasserstoff optimal zu nutzen und so zu einer nachhaltigeren Zukunft beizutragen.
Wofür wird Wasserstoff in Zukunft verwendet werden?
Neben den oben genannten fünf Projekten gibt es noch viel mehr auf dem Gebiet des Wasserstoffs zu tun. Überall auf der Welt wird mit diesem vielseitigen Gas experimentiert, und es werden ständig neue Anwendungen entdeckt.
Wofür wird Wasserstoff in Zukunft verwendet werden? Zusätzlich zu den oben genannten Projekten haben die folgenden drei Anwendungen ein erhebliches Potenzial:
- Supraleitfähigkeit
Erstens gibt es derzeit ein wachsendes Interesse am Phänomen der Supraleitung. Supraleitung ist der Zustand, in dem ein Material beim Transport von Elektrizität praktisch keinen Widerstand erfährt. Dieser Zustand tritt bei extrem niedrigen Temperaturen auf, die durch flüssigen Wasserstoff (-252,9 °C) übertragen werden. Die Supraleitung wird zum Beispiel zur Kühlung von Generatoren in Kraftwerken und Elektromotoren sowie zur Erzeugung von grüner Energie eingesetzt.
In den letzten Jahren hat die TU Twente erfolgreich die Nutzung der Supraleitung in einer Windkraftanlage an der dänischen Küste bei Thyborøn untersucht. Ziel dieses Projekts war es, den konventionellen elektrischen Generator, der Permanentmagnete verwendet, durch Supraleiter zu ersetzen. Dadurch wurde die Windkraftanlage bei gleichbleibender Leistung erheblich leichter.
- Energie Transport
Da immer mehr Länder große Mengen an erneuerbarer Energie produzieren, wird es notwendig sein, diese Energie zu importieren und zu exportieren, um ein angemessenes internationales Gleichgewicht zu erhalten. Hier bietet der Transport von flüssigem Wasserstoff Lösungen. Angenommen, ein Land oder eine Region verfügt über einen Überschuss an Sonnen- oder Windenergie; die Energie kann in Form von flüssigem Wasserstoff per Schiff in ein Land oder eine Region transportiert werden, in der tatsächlich mehr Energie benötigt wird.
- Synthetischer Kraftstoff
Schließlich wird Wasserstoff bei der Herstellung von synthetischem Kraftstoff für Autos, Lastwagen und Flugzeuge verwendet. Synthetischer Kraftstoff kann durch die Kombination von CO2 aus der Luft mit gasförmigem Wasserstoff hergestellt werden. Das bei der Verbrennung freiwerdende CO2 wird aufgefangen und in einem geschlossenen System wiederverwendet. Diese Methode ermöglicht es, normale Verbrennungsmotoren weiter zu nutzen und gleichzeitig CO2-neutral zu fahren.
Wie die obigen Beispiele zeigen, verfügt Wasserstoff über ein großes Potenzial, und immer mehr Regierungen und Industrieunternehmen engagieren sich für die Entwicklung von Wasserstofftechnologien. Es gibt jedoch einen Wettbewerb. Batterieelektrische Anwendungen zeigen, dass Wasserstoff im Mobilitätssektor nicht immer benötigt wird. Auch andere Formen von Wasserstoff als Energieträger (Ammoniak und LOHC) stehen im Blickpunkt und können sich als potente Alternativen zu flüssigem Wasserstoff erweisen.
Wird flüssiger Wasserstoff der Kraftstoff oder Energieträger der Zukunft sein? Das wird sich in den nächsten Jahrzehnten zeigen.
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