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Mobilität mit erneuerbaren Energien: „move“ geht in die nächste Runde

Die Demonstrations- und Technologietransfer-Plattform «move» ermöglicht Empa-Forschern, Fahrzeugantriebe mit niedrigeren CO2-Emissionen zu entwickeln. Als Energiequelle dient überschüssige Elektrizität. (Foto: Empa)
Die Demonstrations- und Technologietransfer-Plattform «move» ermöglicht Empa-Forschern, Fahrzeugantriebe mit niedrigeren CO2-Emissionen zu entwickeln. Als Energiequelle dient überschüssige Elektrizität. (Foto: Empa)

Vor rund zwei Jahren eröffnete die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa „move“, den Demonstrator für die Mobilität der Zukunft, mit dem Ziel, verschiedene Pfade für eine Mobilität mit erneuerbarer Energie aufzuzeigen.

 

Nach zweijähriger Praxiserprobung wurde die erste Projektphase nun erfolgreich abgeschlossen.

 

Dabei stand eine Anlage zur Herstellung und Betankung von Wasserstoff im Zentrum – zusammen mit den entsprechenden Fahrzeugen, einem wasserstoffbetriebenen Kehrfahrzeug und einem Lieferwagen, der mit einem Wasserstoff-Biogasgemisch betrieben wurde. In der nächsten Phase steht die Umwandlung von Wasserstoff und CO2 in synthetisches Methan für den Betrieb von Gasfahrzeugen im Mittelpunkt.

 

 

Demonstrator zeigt Nutzung erneuerbare Elektrizität für die Mobilität

 

Im Mobilitätsdemonstrator „move“ auf dem Empa-Campus in Dübendorf soll aufgezeigt werden, wie diese Schattenseiten der Mobilität in Chancen umgewandelt werden können, indem im Strommarkt nicht nutzbare erneuerbare Elektrizität in einheimische, saubere Energie für die Mobilität aufbereitet und nutzbar gemacht wird. Damit kann nicht nur die Klimabelastung der Mobilität gesenkt, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der erneuerbaren Stromproduktion verbessert werden.

 

Die Umstellung auf erneuerbare Energie bedeutet für die Schweiz primär den Ausbau von Photovoltaik-Anlagen. Allerdings produzieren diese vor allem im Sommerhalbjahr Strom, wenn der Strombedarf der Schweiz – auch ohne AKWs – bereits mehrheitlich durch die Wasserkraft gedeckt werden kann. Da die Nachbarländer in die gleiche Technologie investieren, dürfte es im Sommerhalbjahr deshalb zunehmend schwierig werden, Strom aus Photovoltaik- und Wasserkraftanlagen im europäischen Strommarkt kostendeckend zu vermarkten – was sich wirtschaftlich wiederum negativ auf den Ausbau der Photovoltaik auswirken kann.

 

 

Drei Mobilitätspfade: Elektro, Wasserstoff, Gas

 

„move“ zeigt exemplarisch auf, wie Stromüberschüsse im Sommerhalbjahr in die Mobilität transferiert und als Ersatz von fossilen Treibstoffen genutzt werden können. So kann die temporär überschüssige Elektrizität tagsüber in einer Batterie gespeichert werden, um in der Nacht Elektrofahrzeuge zu laden.

 

Oder sie wird in einer Elektrolyseanlage zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt. Der gasförmige Wasserstoff wird dann auf 440 bar verdichtet und kann über eine Wasserstofftankstelle entweder direkt in Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt werden oder als Beimischung zum Biogas in entsprechend optimierten Gasfahrzeugen.

 

Im Rahmen der ersten Ausbaustufe von «move» haben die Forschenden das Wirkungsgradverhalten der einzelnen Energiespeicher- und Umwandlungspfade sowie das Zusammenspiel der Anlagen und das Verbrauchsverhalten der entsprechenden Fahrzeuge in der Realität detailliert analysiert.

 

Neben einem Elektro-Fahrzeug der Empa-Betriebsflotte setzten sie dazu ein wasserstoffbetriebenes Kehrfahrzeug ein, das zusammen mit dem Paul Scherrer Institut und Bucher Minicipal entwickelt wurde und vom Tiefbauamt der Stadt Dübendorf für die tägliche Straßenreinigung genutzt wurde.

 

Zur Analyse des Wasserstoff-Biogas-Gemischs wurde ein damit betriebener Lieferwagen im Paketauslieferdienst eingesetzt. Dieser Mobilitätspfad entstand in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Gaswirtschaft, Iveco und der Schweizerischen Post.

 

 

Orientierungshilfe für den Ausbau eines Wasserstoff-Tankstellennetzes

Diese erste Ausbaustufe des „move“ wurde vom ETH-Rat, dem Bundesamt für Energie (BFE), der Stadt Dübendorf und der Glattwerk AG als Hauptpartner unterstützt. Gemeinsam mit der Suva wurde für die Wasserstoffzapfsäule ein praxistauglicher Lecktest entwickelt – ein notwendiger Schritt, um derartige Zapfsäulen in herkömmliche Tankstellen integrieren zu können.

 

Diese und weitere Sicherheitsmaßnahmen werden zurzeit mit Fachstellen und Behörden in einem Genehmigungsleitfaden für Wasserstofftankstellen zusammengefasst – als rechtliche und sicherheitstechnische Orientierungshilfe für den Ausbau des Wasserstoff-Tankstellennetzes in der Schweiz.

 

Die erste Betriebsphase wurde auch von weiteren „move“-Partnern genutzt, um neue Technologien in der Praxis zu erproben. Dazu gehören etwa die vom ETH Zürich-/Empa-Spin-off Flisom entwickelte Dünnschicht-Photovoltaikanlage, der Einsatz eines Wasserstoffverdichters von AtlasCopco im dynamischen Betrieb oder eine neue Hochdruck-Verbindungstechnologie von Swagelok.

 

Mit dem Zapfsäulenlieferanten Linde wird in der „move“-Tankstelle zudem ein weiterentwickelter Wasserstoffsensor erprobt und mit dem Eidgenössischen Institut für Metrologie (METAS) wird im Rahmen eines EU-Projekts ein Eichverfahren für Wasserstofftankstellen entwickelt. Damit zählt die Wasserstofftankstelle der Empa europaweit zu den ersten eichfähigen Tankstellen überhaupt.

 

Dank der Erfahrungen, die im Rahmen der Genehmigung der Tankstelle und der Entwicklung von Sicherheitskonzepten gewonnen werden konnten, stehen heute viele Daten und Modelle für die Verbreitung dieser Technologien bereit.

 

 

Nächster Schritt: Methanisierung

Inzwischen konnte bereits die zweite Phase initiiert werden, die die Verdichtung des lokal erzeugten Wasserstoffs auf 900 bar und die Betankung von Brennstoffzellen-Personenwagen in wenigen Minuten ermöglicht. Zurzeit ist die dritte Ausbaustufe in Planung.

 

Dabei soll Wasserstoff zusammen mit CO2 aus der Atmosphäre in einem katalytischen Prozess in synthetisches Methan (CH4) umgewandelt werden, das im Gasnetz gespeichert und für den Betrieb von Gasfahrzeugen genutzt werden kann. Um die Effizienz der Gesamtanlage zu erhöhen, wird ein neuartiges Abwärmenutzungs-Konzept entwickelt und realisiert.

 

 

EMPA

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