Multi-Energiezapfsäule der Zukunft liefert Strom, Wasserstoff und SNG
Immer mehr Autos haben künftig einen Elektromotor oder nutzen andere alternative Antriebe. Die dazu passende Tankstelle entwickeln jetzt Wissenschaftler des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).
Kann Wasserstoff weder abgenommen noch gespeichert werden, dient er als Ausgangsstoff zur Produktion von SNG. Bild: Thommy Weiss/pixelio.de
Kann Strom weder abgenommen noch gespeichert werden, dient er zur Produktion von Wasserstoff, der von Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt wird. Bild: ZSW
Das ZSW will eine Tankstelle entwickeln, an der es drei verschiedene Energieträger zu tanken gibt: Strom, Wasserstoff und Methan. Und genau dies ist auch die Rangfolge. Elektro hat Priorität. Bild: Solar Promotion
Die Zapfsäule der Zukunft soll Strom, Wasserstoff sowie das Erdgassubstitut Methan (SNG) aus regenerativen Quellen bereitstellen. Das Projekt ist auf 5 Jahre angelegt und wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit rund 1,3 Mio. € gefördert. Es ist eingebettet in das Projekt „QUARREE 100“, in dem die vollständige erneuerbare Energieversorgung eines Stadtteils getestet wird.
QUARREE ist ein mit 24 Millionen Euro gefördertes Leuchtturmprojekt, indem Institute, Unternehmen und die öffentliche Verwaltung den Umbau der Energieversorgung eines Stadtquartiers in der Stadt Heide, Kreis Dithmarschen, umsetzen. Die Tankstelle soll hierbei im Quartier als Energiezentrum für die Energiewandlung und –speicherung fungieren.
Ausgeklügeltes Stufenkonzept
Der Clou, den die Forscher des ZSW planen, ist eine stufenförmige Nutzung der erneuerbaren Energien. Im Klartext heißt das, dass Prioritäten gesetzt werden und es erst dann zu einer Energieumwandlung kommt, wenn Speicher überlaufen. Maßstab für die Nachrangigkeit ist die Umwandlungs-Effizienz.
Erneuerbarer Strom etwa aus Windkraftanlagen soll über das Stromnetz direkt in die Batterie der Elektroautos geladen werden. Ist der Bedarf höher als das Angebot, springt eine zugeschaltete stationäre Großbatterie ein, die zuvor bei einem Überangebot an Strom gefüllt wurde. „Ist die Batterie voll und können auch die tankenden Elektroautos den Strom nicht mehr abnehmen, erfolgt bei Bedarf in einem zweiten Schritt die Umwandlung des Ökostroms in Wasserstoff“, erklärt Dr. Ulrich Zuberbühler vom ZSW. Diesen Kraftstoff nutzen Brennstoffzellenfahrzeuge. Fällt mehr Wasserstoff an, als gebraucht wird, kommt er in einen Speicher.
In einem dritten Schritt wird dann Methan produziert. Das geschieht, wenn der Wasserstoffspeicher voll ist und die Brennstoffzellenautos das Gas nicht abnehmen. Zur Umwandlung in Methan wird dem Wasserstoff Kohlendioxid zugeführt. Beide Gase reagieren an einem Katalysator zu Methan. Dann kommen Erdgasautos zum Zug. Ist mehr verfügbar als getankt wird, kommt das Methan in einen Speicher. Ist dieser voll, wird das Methan in das Erdgasnetz eingespeist.
Effizienz bestimmt die Rangfolge
Am effizientesten ist die Verwendung des regenerativen Stroms in Elektromotoren. Hier fallen keine Energieumwandlungsverluste an, sondern nur bis zu 10 % Batteriespeicherverluste. Der Wirkungsgrad von Strom zu Wasserstoff liegt bei rund 75 %, der von Strom zu Methan bei 60 %. Gelagert werden können die chemischen Langzeitspeicher ohne Verluste. Wird die bei der Umwandlung entstehende Abwärme genutzt, steigert das den Wirkungsgrad um einige %.
Logische Folge: Auch an Effizienz weiterarbeiten
Ziel des ZSW in dem Projekt ist es auch, die Effizienz, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit der beiden Hauptkomponenten zu verbessern. Bei ihnen handelt es sich um einen alkalischen Druck-Elektrolyseur und einen Plattenreaktor zur Methanisierung. Sie werden im 100-kW-Maßstab weiterentwickelt. Um die Elektrolyse und die Methansynthese zeitlich voneinander zu entkoppeln, ist ein Wasserstoffzwischenspeicher vorgesehen
Für die technische Entwicklung inklusive Sicherheitskonzept und Klärung aller Genehmigungsdetails haben die Forscher drei Jahre Zeit. In einem Demonstrationsbetrieb vor Ort soll das Ganze dann ab dem Jahr 2020 getestet werden.
