3. BMW CleanEnergy.
3.2 BMW CleanEnergy: die Vision einer nachhaltigen Mobilität
Mit der konsequenten Wasserstoffstrategie stellt die BMW Group die Weichen
für ihre nachhaltige Mobilitätsstrategie. Das CleanEnergy-Konzept zielt auf eine
langfristige Sicherstellung der individuellen Mobilität bei gleichzeitiger
Verringerung der Emissionen, insbesondere eine nachhaltige CO2-Reduzierung. Nach
Expertenmeinung leistet dies am besten Wasserstoff. Dieser gilt weltweit als der
Energieträger der Zukunft für den Einsatz in Fahrzeugen. Mit diesem Ansatz
geht die BMW Group weit über Maßnahmen der Effizienzsteigerungen von bestehenden
Otto- und Dieselmotoren sowie Hybridfahrzeugen hinaus. Wasserstoff unterscheidet
sich von fossilen Energieträgern dadurch, dass seine Erzeugung und seine Nutzung
in den regenerativen Kreislauf der Natur eingebettet werden können. Wenn
Wasserstoff aus Sonne, Wind- und Wasserkraft sowie Biomasse erzeugt wird, steht
er unbegrenzt und praktisch emissionsfrei zur Verfügung.
Wasserstoff-Limousine im Serienentwicklungsprozess.
Foto:
Sechs Generationen von BMW Wasserstoff-Fahrzeugen In jahrzehntelanger
Forschung und Entwicklung hat sich die BMW Group eine weltweit führende
Kompetenz im praktischen Einsatz von Wasserstoff erarbeitet. BMW setzt auf die
Nutzung von Wasserstoff im Verbrennungsmotor, der aufgrund seiner bivalenten
Auslegung, seiner Dynamik und seines hohen Reifegrads die meisten Vorteile
besitzt. Eine Variante des 7ers durchläuft gerade den Serienentwicklungsprozess.
Professor Burkhard Göschel, Vorstand für Entwicklung und Einkauf der BMW AG:
„Innerhalb der nächsten drei Jahre werden wir Wasserstoff-Fahrzeuge in
Kundenhand geben, die sowohl mit Wasserstoff als auch mit Benzin betrieben
werden können. Wir verfolgen dabei das Ziel, die Alltagstauglichkeit des
innovativen Antriebs zu prüfen und noch weiter zu verfeinern.“ Bivalenter
Antrieb – mit Wasserstoff oder Benzin mobil. Nur der Verbrennungsmotor
bietet nach heutiger Technologie den Vorteil, bivalent – sowohl mit Wasserstoff
als auch mit Benzin – zu fahren. Damit können Versorgungslücken, die sich beim
Aufbau eines Wasserstoff-Tankstellennetzes anfangs ergeben, überbrückt werden.
Autofahrer, die sich für den Wasserstoff-Verbrennungsmotor als Fahrzeugantrieb
entscheiden, sind damit in ihrer Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt. Die
weltweit erste Limousine mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor wird eine Reichweite
von rund 200 bis 300 Kilometern im Wasserstoff- und bis zu 500 Kilometern im
Benzin-Betrieb bieten und eine Spitzengeschwindigkeit von über 215
Stundenkilometer erreichen. Brennstoffzellen-APU speist Bordnetz von
morgen. Das Wasserstoff-Konzept der BMW Group sieht langfristig auch den
Einsatz einer Brennstoffzelle vor: die so genannte APU (Auxiliary Power Unit).
Ziel
der Forschungsarbeit ist es, ein System zu schaffen, das bei abgeschaltetem
Motor mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad Strom für das Bordnetz generiert.
So können auch bei ausgeschaltetem Motor Nebenaggregate, wie Klimaanlage oder
Heizung betrieben werden.
Der Reifegrad der PEM-Brennstoffzellenforschung lässt eine Nutzung der APU in
einer nächsten Generation von Wasserstoff-Fahrzeugen erwarten. Mit Rekordtempo in die Zukunft: Wasserstoff-Forschungsfahrzeug BMW H2R schneller
als 300 km/h. Im September 2004 demonstrierte die BMW Group überzeugend
den fortgeschrittenen Stand der Antriebsentwicklung und stellte auf dem
Hochgeschwindigkeitskurs von Miramas (Frankreich) mit dem Forschungsfahrzeug BMW
H2R neun internationale Rekorde für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit
Verbrennungsmotor auf. Als Triebwerk dient dem Prototyp
ein Zwölfzylindermotor mit sechs Litern Hubraum und über 210 kW/285 PS. Damit
beschleunigt das Rekordfahrzeug in rund sechs Sekunden aus dem Stand auf Tempo
100 und legte beispielsweise den Kilometer mit fliegendem Start mit der
Rekordgeschwindigkeit von 300,175 km/h zurück. Weitere Rekorde stellte der BMW
H2R unter anderem über die Meile mit stehendem Start (19,9985 Sekunden), zehn
Kilometer mit stehendem Start
(146,409 Sekunden) und zehn Meilen mit stehendem Start (221,773 Sekunden) auf.
Besserer Wirkungsgrad mit Wasserstoff. Wasserstoff besitzt hervorragende Eigenschaften, um in Verbrennungsmotoren sehr
gute Wirkungsgrade zu erzielen. Neben der hohen Brenngeschwindigkeit, die eine
optimale Verbrennungssteuerung erlaubt, kann der Wasserstoff-Verbrennungsmotor
durch die weiten Zündgrenzen sowohl fett als auch mager betrieben werden. Dies
ermöglicht vor allem im Teillastbereich durch ungedrosselten Betrieb sehr gute
Wirkungsgrade,
die über denen von aktuellen Benzin- und Dieselmotoren liegen. Saubere Gemischbildung: weniger Verbrauch bei Teillast,
mehr Kraft bei Volllast. Unter Volllast wird der Zwölfzylindermotor mit einem Gemisch von Lambda = 1
betrieben. Bei diesem Mischungsverhältnis wird die maximale Kraftstoffmenge
in der Luft des Zylinders vollständig verbrannt und erzielt die höchste
Leistungsausbeute. Im Teillastbereich – auch das ist ein Vorteil von Wasserstoff
– läuft das Triebwerk im sparsamen Magerbetrieb mit Luftüberschuss. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entstehen in einem ganz bestimmten
Gemischbereich Stickoxide. Dieses Gemischfenster liegt etwas oberhalb von Lambda
= 1 und geht bis in den Bereich von Lambda > 2. Die Lösung:
Dieses Gemischfenster ist für den Motorbetrieb nicht notwendig. Die schnelle
Motorsteuerung des BMW Wasserstoffmotors blendet diesen Bereich aus. Das
Ergebnis: Der Zwölfzylinder ist kraftvoll und emittiert dabei praktisch nur
Wasserdampf. BMW 750hL: Demonstratorflotte hat sich bewährt. Bereits seit 1978 erforscht die BMW Group Motoren und Fahrzeuge für den Betrieb
mit verflüssigtem Wasserstoff. Als weltweit erster Automobilhersteller hat BMW
am 11. Mai 2000 mit dem BMW 750hL eine Demonstratorflotte mit Wasserstoffantrieb
vorgestellt. Die Fahrzeuge haben sich im Versuchsbetrieb bewährt und insgesamt
mehr als 170 000 Kilometer zurückgelegt.
Foto:
BMW Wasserstoff 7er in Berlin 2001 und 2002 begleitete ein Teil dieser Flotte die CleanEnergy WorldTour der
BMW Group. Ihr Ziel: die Wasserstoff-Technologie ins internationale Bewusstsein
zu rücken.
Erste Berliner Wasserstoff-Tankstelle liefert Kraftstoff für Großversuch. „Die BMW Technologie ist im Serienentwicklungsprozess, jetzt müssen
wir gemeinsam mit der Politik und der Energiewirtschaft darangehen, unsere
Vision einer nachhaltigen Mobilität Wirklichkeit werden zu lassen“, sagt
Professor Göschel. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung war im November 2004
die Eröffnung der ersten öffentlich integrierten Wasserstoff-Tankstelle
in Berlin. Neben konventionellen Kraftstoffen bietet diese Tankstelle
gasförmigen Wasserstoff (Compressed Gaseous Hydrogen – CGH2) und den von BMW
favorisierten flüssigen Wasserstoff (Liquid Hydrogen – LH2) an. Die BMW Group beteiligt sich an dem Berliner Projekt mit Erprobungsfahrzeugen,
die unter Alltagsbedingungen betankt und betrieben werden.
Die Einrichtung der Wasserstoff-Tankstelle ist einer der Kernpunkte der
Clean Energy Partnership (CEP), zu deren Initiatoren die BMW Group gehört.
Gemeinsam mit Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel und MAN wurde
im Juni 2002 die CEP mit dem Ziel gegründet, ein flächendeckendes
Versorgungsnetzwerk für den nachhaltigen Energieträger Wasserstoff aufzubauen.
Die CEP ist Bestandteil der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie und wird von der
deutschen Bundesregierung unterstützt und gefördert. Sie demonstriert zukunftsweisende Technologien und zeigt technische wie
wirtschaftliche Voraussetzungen zum Einsatz alternativer Kraftstoffe im
Straßenverkehr auf. Die weltweit erste öffentliche Wasserstoff-Tankstelle in München – seit über
fünf Jahren problemlos in Betrieb.
Bei der Konzeption der Tankstelle in Berlin konnte die BMW Group bereits auf
einen großen Wissens- und Erfahrungsvorsprung beim Tanken von Wasserstoff
zurückgreifen. Seit mehr als fünf Jahren nutzt BMW gemeinsam mit anderen
Herstellern die weltweit erste öffentliche Wasserstofftankstelle am Münchner
Flughafen. In über 600 Tankvorgängen wurden bisher mehr
als 30.000 Liter Flüssigwasserstoff gefördert. Die dort betankten Pkws und Busse
legten insgesamt mehr als 500.000 Kilometer zurück –
eine überzeugende Bilanz der Alltagstauglichkeit dieser Technologie. Über 12.000 interessierte Fachbesucher aus aller Welt besichtigten
bisher die modernen Tankanlagen, die den täglichen Einsatz von Fahrzeugen mit
Wasserstofftechnologie auf dem Flughafenareal möglich machen. Die Zukunft tanken: So kommt Wasserstoff ins Auto.
Foto:
BMW Wasserstoff 7er an der Wasserstofftankstelle CEP in Berlin Die manuelle Betankung von Wasserstoff ähnelt einer konventionellen:
Wie bei jeder anderen Tankstelle auch fahren die mit Wasserstoff betriebenen
Pkws vor die Tanksäule. Während des Tankaufenthaltes erfolgt die Identifizierung
des Kunden mit Hilfe einer Tankkarte. Mit beiden Händen führt der Fahrer die
Tankkupplung an den Tankverschluss heran, klinkt sie ein
und schließt damit das Fahrzeug gasdicht an die Tankstelle. Zur einfacheren
Handhabung der Tankkupplung ist diese mit einem Seilzugsystem ausgestattet und
kann damit praktisch gewichtsfrei gehandhabt werden. In den BMW Tank wird dann der – 253 Grad Celsius kalte, flüssige
Wasserstoff „eingeregnet“. An den Tröpfchen kondensiert das sich im Tank über
der flüssigen Phase befindende Wasserstoffgas und damit wird der Partialdruck
des Wasserstoffgases im Tank abgebaut. Die Betankungsdauer liegt bei ca. acht
Minuten. Für größere Reichweiten: Die BMW Group setzt auf flüssigen Wasserstoff.
Somit zeigt die BMW Group, dass eine weitere Voraussetzung für die
flächendeckende Einführung von Wasserstoff als alternativem Kraftstoff gegeben
ist: Das Tanken wird zukünftig nicht komplizierter sein als heute. Dies gilt für beide Speicherarten, die zur Zeit praktisch erprobt werden –
entweder flüssig und tiefkalt oder gasförmig und stark komprimiert.
Die BMW Group setzt auf Wasserstoff in flüssiger Form. Der wesentliche Grund:
Die Energiedichte des flüssigen Treibstoffs bezogen auf das Volumen des
Tanksystems ist etwa 1,5-fach so groß wie bei einem 700 bar Druckgas-Tanksystem.
Damit ermöglicht flüssig gespeicherter Wasserstoff auch
eine deutlich höhere Reichweite. Zusätzlich betrachtet die BMW Group die
technische Weiterentwicklung auf dem Sektor der gasförmigen
Speicherung. Entscheidend ist letztendlich die beste Lösung für den Kunden.
Partnerschaften für die Entwicklung. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Magna Steyr entwickelt
BMW die jüngste Generation des Tanksystems, bei dem die Fahrzeuge mit flüssigem
Wasserstoff zügig, verlustarm und gefahrlos betankt werden können. Um möglichst
frühzeitig eine weltweit einheitliche, standardisierte und automobilgerechte
Flüssigwasserstoff-Kupplung zu entwickeln, haben die BMW Group und General
Motors/Opel im April 2003 ein offenes Konsortium mit den Partnern Linde und
Walter gegründet. Im August 2005 schloss sich Honda diesem Konsortium an. Mit der Firma Rotarex entwickelt die BMW Group automobil gerechte
Wasserstoff-Ventile, die die hohen Dichtheitsanforderungen des Systems erfüllen.
Druckmanagement im Tank. Vereinfacht ausgedrückt ähnelt der Tank einer Thermoskanne:
Der Wasserstoff befindet sich in einem Edelstahlbehälter, der durch eine
so genannte Superisolation von der äußeren Hülle getrennt ist.
Abbildung:
Röntgenbild BMW 745h Der flüssige Wasserstoff im Tank erwärmt sich prinzipbedingt. Dabei steigt der
Druck im Tank langsam an, bis auf einen zur Zeit mit rund fünf bar festgelegten
Wert. Bei weiterer Erwärmung und somit erhöhtem Tankdruck wird dieser
über ein Druckbegrenzungsventil abgelassen. Im Boil-off-Management- System wird
der Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff katalytisch zu Wasser umgewandelt. Bei
heutigen Wasserstoff-Tanks dauert es rund einen Tag, bis bei stehendem Motor 5
bar erreicht sind. Wird das Fahrzeug zwischendurch gefahren, sinkt der Druck
wieder und Wasserstoff-Verluste werden vermieden. Formtank statt Wasserstoff-Zylinder. Bisher werden für die Speicherung von flüssigem Wasserstoff nur zylindrische
Tanks eingesetzt, weil nur sie die hohen Anforderungen an Isolation und
Sicherheit in optimaler Weise erfüllen können. Doch auch in der Tanktechnologie
sehen die Entwickler optimistisch in die Zukunft: Wasserstoff-Formtanks,
die den gegebenen Bauraum in der Karosserie perfekt ausnutzen
und Standverluste reduzieren, stehen bei den Ingenieuren ganz oben als
Entwicklungsvorgabe. Ziel ist es, durch eine optimale Integration des
Wasserstofftanks in das Fahrzeug dem Kunden das gewohnte Raumangebot zur
Verfügung zu stellen. Sicherheitstests mit Tanks für flüssigen Wasserstoff. In einem Testprogramm wurden von der BMW Group in Zusammenarbeit
mit dem TÜV Süddeutschland verschiedene Unfallszenarien nachgestellt und
untersucht, wie sich der Flüssigwasserstoff-Tank dabei verhält. So wurden
beispielsweise gefüllte Tanks, deren Sicherheitsventile man absichtlich
blockiert hatte, unter hohem Druck zerstört. Die für diesen Extremfall
vorgesehenen zusätzlichen Sicherheitsventile im Innentank sorgen dafür, dass der
gespeicherte Wasserstoff ohne größere Gefährdung abgeblasen wird.
Foto:
BMW V12-Wasserstoff-Verbrennungsmotor In weiteren Tests wurden mit flüssigem Wasserstoff gefüllte Fahrzeugtanks
auf einem Prüfstand Brandtests unterzogen. Bis zu 70 Minuten lang wurden sie
dabei vollständig von fast 1000 Grad Celsius heißen Flammen umschlossen. Auch
hierbei zeigten die Tanks ein unproblematisches Verhalten: Der verdampfte
Wasserstoff entweicht kontrolliert über
die Sicherheitsventile. Da er schnell nach oben weg steigt, verbrennt er
schlimmstenfalls in einer lokalen Flamme. Ganz anders verhält sich Benzin, das sich bei einer Tankschädigung
auf dem Boden ausbreiten und bei offener Flamme eine brennende Lache bilden
würde. TÜV: Wasserstoff genauso sicher einzusetzen wie Benzin. Im letzten Teil der Untersuchungen wurden Automobiltanks mit flüssigem
Wasserstoff durch massive Gegenstände deformiert und erheblich beschädigt. In
keinem Fall kam es zur Explosion des Tanks. Nach diesen umfangreichen
Untersuchungen kommt der TÜV zu dem Schluss,
dass Wasserstoff genauso sicher eingesetzt werden kann wie Benzin. Die Infrastruktur: Wie Wasserstoff gespeichert und verteilt wird. Wasserstoff kann – im Gegensatz zu elektrischer Energie – in großen
Mengen flüssig oder gasförmig gespeichert werden. Damit ist die Möglichkeit
gegeben, über regenerative Energiequellen wie Sonnen-, Wasser-, oder Windkraft
erzeugte elektrische Energie zur Abspaltung von Wasserstoff zu nutzen und –
anders als heute – auch zu speichern. Neben den bereits erwähnten Speicherarten
gibt es so genannte Hydridspeicher, bei denen Wasserstoff durch Druck in
Metallpulver eingelagert und durch Wärmezufuhr wieder freigegeben wird.
Hydridspeicher können etwa zwei Prozent ihres Eigengewichts an Wasserstoff
aufnehmen, was allerdings für den Einsatz im Automobil nicht ausreicht. Darüber
hinaus wird die Speicherung von Wasserstoff in so genannten Nanofaserstrukturen
oder chemischen Wasserstoffverbindungen (Alanaten) erforscht. Sollten diese
Technologien zum Tragen kommen, so würden sie neue Perspektiven für die
Energiespeicherung des Wasserstoffs eröffnen. Transport per Lkw und Pipeline ist Alltag. Für den Ferntransport von gasförmigem Wasserstoff existieren bereits heute
Pipelinenetze in Gebieten, in denen die chemische Industrie konzentriert ist.
Grundsätzlich sind dafür auch Erdgasleitungen geeignet, vorausgesetzt,
sie erfüllen die entsprechenden technischen Ansprüche z. B. an die Dichtheit. Auch der regionale Transport von Wasserstoff ist bereits Alltag und technisch
auf breiter Ebene lösbar. Da flüssiger Wasserstoff eine deutlich höhere
Energiedichte als im komprimiert gasförmigen Zustand hat, sind Lkws für
kryogenen, tiefkalten Wasserstoff ausgelegt. Als Behälter dienen,
ähnlich wie für Stickstoff, Sauerstoff oder Argon, hochvakuumisolierte Tanks in
Doppelmantel-Bauweise. Damit ist es möglich, Wasserstoff von der
Produktionsstätte bis ins Auto zu bringen: Das Gas wird unmittelbar nach seiner
Gewinnung auf – 253 Grad heruntergekühlt. Tanklaster transportieren den jetzt
flüssigen Wasserstoff bis zur Tankstelle, wo er ebenfalls
kryogen gespeichert wird. An den Zapfsäulen fließt der Wasserstoff dann entweder
flüssig in entsprechende Fahrzeugtanks, oder man lässt
ihn sich erwärmen und presst ihn dann mit dem gewünschten Druck in Drucktanks.
Beides ist an ein- und derselben Tankstelle machbar und wird derzeit an der
Berliner Wasserstoff-Tankstelle in der Praxis bereits erprobt. Der Ursprung: Wie Wasserstoff hergestellt wird.
Wasserstoff ist – wie Elektrizität – kein Primärenergieträger, der in direkt
nutzbarer Form vorkommt. Wasserstoff muss hergestellt werden.
Dazu gibt es verschiedene Wege. Sie sind für die ökologische Gesamtbilanz
von Wasserstoff als Kraftstoff entscheidend. Am gebräuchlichsten sind
heute Verfahren, bei denen fossile Primärenergieträger eingesetzt werden:
- Reformierung von Erdgas, Flüssiggas und Naphta.
- Partielle Oxidation von Schweröl.
- Kohlevergasung.
- Pyrolyse von Kohle zu Koks.
- Benzin-Reformierung.
Diese Verfahren sind jedoch langfristig keine nachhaltige Alternative:
Zum einen basieren sie auf endlichen Rohstoffen und Energieträgern.
Zum anderen werden bei den Prozessen unerwünschte Substanzen wie Kohlendioxid
freigesetzt. Forscher untersuchen im Auftrag der Europäischen Union und der
Bundesregierung die Möglichkeiten der so genannten Sequestrierung von CO2. Damit
bezeichnet man das Abscheiden und Auffangen des Gases, beispielsweise bei der
Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas, und die langfristige Speicherung des
Kohlendioxids in ausgebeuteten Lagerstätten von Erdöl, Erdgas oder Kohle. Die
großtechnische Machbarkeit und die Kenntnisse der ökologischen Auswirkungen
stehen aber noch aus. Produktion heute: 600 Milliarden Kubikmeter weltweit. Derzeit werden jährlich weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff
produziert. Er stammt sowohl aus der Erdgasreformierung,
bei der Wasserstoff das Zielprodukt ist, als auch aus der Koksherstellung
oder der Chloralkali-Elektrolyse, bei der Wasserstoff als Nebenprodukt
anfällt. Insgesamt werden in Deutschland jährlich rund 30 Milliarden Kubikmeter
Wasserstoff hergestellt. Die Hälfte des produzierten Wasserstoffs wird für die Ammoniaksynthese benötigt.
Ammoniak dient zur Herstellung von Kunstdünger und zur Synthese von
Kunststoffen. Ein Viertel geht in die Mineralölverarbeitung und das verbleibende
Viertel wird für eine Vielzahl metallurgischer Fertigungsverfahren und für die
Methanolsynthese genutzt. Methanol wird in erster Linie von der Textil-, Farben-
und Kunststoffindustrie eingesetzt. Einfach, effektiv und sauber: Elektrolyse. Der heute aussichtsreichste Weg zur Gewinnung von regenerativem Wasserstoff ist
die Elektrolyse:
Mit Hilfe von Strom kann Wasserstoff praktisch unbegrenzt aus Wasser
hergestellt werden. Das Prinzip ist einfach: Zwei in ein Wasserbad getauchte
Elektroden werden unter Gleichspannung gesetzt. Die positiv geladenen
Wasserstoff-Ionen (Kationen) sammeln sich an der negativen Kathode und die
Sauerstoff-Ionen (Anionen) an der positiven Anode. Das entstehende
Wasserstoffgas wird aufgefangen, bei Bedarf auch der gasförmige Sauerstoff. Auch hier gibt es verschiedene Verfahren:
- die alkalische Elektrolyse,
- die Membranelektrolyse,
- die alkalische Hochdruckelektrolyse,
- die alkalische Hochtemperaturelektrolyse.
Von diesen Verfahren ist die weiterentwickelte alkalische Elektrolyse derzeit
die wirtschaftlichste Methode für die industrielle Wasserstoffherstellung in
großen Mengen.
Für die dezentrale Herstellung von Energiewasserstoff hoher Reinheit
wurde alternativ die Druckelektrolyse entwickelt, wie sie an der Berliner
CEP-Tankstelle erprobt wird: Wasser wird unter Druck mittels Gleichstrom in
seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die Anlage ist auf einen
vollautomatischen, kontinuierlichen Betrieb hin mit einer bestimmten
Nennleistung ausgelegt. Wirtschaftlich kann dieses Verfahren aber erst werden,
wenn solche Druckelektrolyseure in Serie hergestellt werden können. Langfristig macht die Elektrolyse ökologisch vor allem dann Sinn, wenn
der Strom zur Wasserspaltung aus regenerativen Energien gewonnen wird. Kostenlos und unbegrenzt: Solarenergie und Windkraft.
Sonne und Wind können langfristig einen bedeutenden Anteil an der
Energieversorgung erreichen und unter anderem auch zur Erzeugung von Wasserstoff
genutzt werden. Die Sonne schickt innerhalb einer Stunde
so viel Energie zur Erde, wie weltweit pro Jahr von der Menschheit verbraucht
wird. Jahr für Jahr summiert sich die auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie
auf rund 1,1 Milliarden Terawattstunden (TWh) Energie – das entspricht ungefähr
dem Zehntausendfachen des gegenwärtigen Jahresverbrauchs der Menschheit. Allerdings werden zur Umwandlung dieser „kostenlosen“ Energien Solarkraftwerke
oder Windturbinen benötigt, die unmittelbar Strom produzieren. Während sich die
Windenergie bereits an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit befindet und durch
öffentliche Förderung beispielsweise in Deutschland schon einen Anteil von über
5 Prozent an der Stromerzeugung erreicht hat, müssen sowohl für solarthermische
Kraftwerke als auch Photovoltaik noch deutliche Kostenreduktionen erreicht
werden. Als langfristige Perspektive könnte allein in Europa die Solarthermie ein
Potenzial von rund 1.400 Terawattstunden (TWh), Photovoltaik etwa
600 TWh und Windkraft in Offshoreanlagen rund 1800 TWh erreichen. Auf dem Festland hingegen sind zumindest in Deutschland kaum
noch neue wirtschaftliche Windkraftpotenziale erschließbar. Biomasse: Wasserstoff aus nachwachsenden Rohstoffen.
Statt fossiler Kohlenstoffverbindungen können auch nachwachsende Rohstoffe als
Ausgangsbasis für die Wasserstoffgewinnung eingesetzt werden. Wird Biomasse als
Energielieferant für die Gewinnung von Wasserstoff eingesetzt, sind die
Verfahren dazu in zweierlei Hinsicht einzigartig: Erstens stellen sie die
einzige Möglichkeit dar, direkt aus einem regenerativen Primärenergieträger
Wasserstoff – beispielsweise mittels Vergasung – zu erzeugen. Zweitens gilt
Biomasse vielfach als nahezu CO2-neutral, da die Pflanzen durch Photosynthese
näherungsweise
dieselbe Menge an Kohlendioxid aus der Luft aufgenommen haben wie sie
bei der Verarbeitung abgeben. Aus ökologischen Gründen empfehlen zahlreiche
Experten für die Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse nur die Verwendung von
Abfall und den begrenzten Anbau von Energiepflanzen auf Stilllegungsflächen.
Dadurch wäre das Aufkommen an verwertbarer Biomasse entsprechend begrenzt. Studien rechnen dem Wasserstoff aus Biomasse in Europa ein Potenzial von ca. 30
Prozent für die konventionelle Kraftstoffsubstitution zu. Hierbei
wurde unterstellt, dass sämtliche Biomasse einschließlich dem Anbau von
Energiepflanzen ausschließlich der Kraftstoffproduktion zur Versorgung
des Straßenverkehrs dient. Da Biomasse aber auch im stationären Sektor zur
Strom- und Wärmeproduktion eingesetzt wird, kann von einem
Substitutionspotenzial von ca. 15 Prozent ausgegangen werden. Biomasse kann also
einen Beitrag zur Verminderung der Kohlendioxidemissionen leisten, aber den
Bedarf bei weitem nicht decken. Langfristige Kooperation: Verkehrswirtschaftliche
Energiestrategie VES. Die Einführung von Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft kann kein Unternehmen
im Alleingang bewältigen. Die BMW Group hat deshalb als Pionier Kooperationen
initiiert: Im Mai 1998 wurde mit Unterstützung
der Bundesregierung das Projekt „Verkehrswirtschaftliche Energiestrategie“ (VES)
gestartet, in dem heute die Unternehmen ARAL/BP, BMW Group, DaimlerChrysler,
MAN, Opel, RWE, Shell, TOTAL und VW mitwirken. Hauptziel dieser Initiative ist es, gemeinsam eine Strategie zur Einführung
alternativer Energie- und Antriebssysteme vorzubereiten. Weitere wesentliche
Ziele bestehen darin, die Abhängigkeit des Verkehrs vom Erdöl zu verringern,
endliche Ressourcen zu schonen, die Emissionen einschließlich CO2 weiter zu
verringern und die Initiative auf Europa auszudehnen. Diesen Absichten
liegt die Vision einer krisenresistenten, nachhaltig umwelt- und
ressourcenschonenden Energieversorgung zugrunde. In Kombination mit einer
neuen Generation von hocheffizienten Fahrzeugen soll so der Weg für eine
ökologischere und zugleich wirtschaftliche Mobilität der Zukunft geebnet werden.
VES: Wasserstoff ist die langfristig sinnvollste Alternative.
Abbildung:
Potenziale der Leistungsdichten Die VES hat alle in Frage kommenden Alternativkraftstoffe wissenschaftlich
untersucht und umfassend bewertet. Aus mehr als 80 untersuchten Alternativen hat
sich dabei eindeutig Wasserstoff als langfristig zukunftsfähigste Lösung
herausgestellt. Der politisch-strategische Hauptvorteil
von Wasserstoff liegt darin, dass er sehr flexibel und zukünftig mit großem
Potenzial regenerativ hergestellt werden kann. Dadurch können CO2-Emissionen und
Versorgungsrisiken langfristig sowohl im mobilen als auch im stationären Bereich
deutlich vermindert werden. Außerdem bietet
die Wasserstofftechnologie ein hohes Innovationspotenzial für mobile Anwendungen
und damit auch neue Wachstumsfelder für den
Wirtschaftsstandort Deutschland. Die VES ist auf zahlreichen internationalen
Veranstaltungen erfolgreich vorgestellt worden. Zur Praxiserprobung gründeten
Mitglieder der VES die bereits erwähnte Clean Energy Partnership CEP, die
derzeit in Berlin Erfahrungen mit dem Wasserstoffantrieb im Feld sammelt. EU: 2,8 Milliarden Euro für Wasserstoffentwicklung. Auf dem Weg zu einer Wasserstoffwirtschaft hat sich in letzter Zeit in Europa
viel getan: So initiierte die EU-Kommission Anfang 2004 ein neues Gremium, die
European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform (EHP).
Die Aufgabe des Forums besteht in der Entwicklung und dem Einsatz von
kostengünstigen, konkurrenzfähigen europäischen Energiesystemen auf
der Basis von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien für mobile und
stationäre Anwendungen. Rund 2,8 Milliarden Euro wird die EU in den kommenden
zehn Jahren zur Verfügung stellen, um eine umweltverträgliche
Wasserstoffwirtschaft auf den Weg zu bringen. Mitarbeiter der BMW Group sind in verschiedene Beratungsgremien
berufen worden, zum Beispiel in das Advisory Council und in die Leitung des
Deployment Strategy Panel der EHP oder auch das California Hydrogen Highway
Implementation Advisory Panel der kalifornischen Regierung. Damit findet auch auf internationaler Ebene ein Know-how-Transfer statt –
die BMW Group bringt ihre Erfahrungen aus 25 Jahren Wasserstoff-Forschung in
diese Gremien ein. Forschungsergebnis: Wasserstoff hat hohe Akzeptanz als Kraftstoff. Für die breite Einführung von Wasserstoff-Fahrzeugen muss Wasserstoff
von der Gesellschaft als Kraftstoff angenommen werden. Das Berliner Institut für
Mobilitätsforschung hat die Einstellung der Bevölkerung in einer umfangreichen
Studie untersucht und kam bereits Ende der 90er Jahre zu dem Schluss, dass
Wasserstoff eine hohe Akzeptanz genießt. Allerdings
ist das Wissen über Wasserstoff beschränkt, speziell Jugendliche sind wenig über
die vielfältigen Möglichkeiten der Wasserstoffnutzung informiert. Hier leistet das von der BMW Group herausgegebene Unterrichtsmaterial einen
wichtigen Beitrag. Im Rahmen einer Befragung stellte sich heraus, dass das auf die Akzeptanz
Einfluss nehmende „Image“ dieses Energieträgers neutral ist. Obwohl die Risiken
von Wasserstoff beim Betrieb von Fahrzeugen im Vergleich zu Benzin und Diesel
subjektiv höher eingeschätzt werden, unterstützten die Befragten die Ansicht,
dass Wasserstoff in Zukunft die konventionellen Kraftstoffe
ersetzen sollte. Seine Einführung für den Betrieb eines Allround- oder
Hightech-Fahrzeugs würde den Prozess beschleunigen. Der gesellschaftliche und
persönliche Nutzen wird in erster Linie im Beitrag zum Umweltschutz gesehen.
„H2 – Mobilität der Zukunft“ als internationales Unterrichtsthema.
Foto:
CleanEnergy Tour 2001, hier am Atomium Die BMW CleanEnergy WorldTour von 2001/2002 war einer von mehreren Bausteinen,
mit denen die BMW Group die Sensibilisierung für und die Akzeptanz von
Wasserstoff in der Öffentlichkeit vorantreibt. Mit dem Projekt „H2 – Mobilität
der Zukunft“ bietet die BMW Group Schulen in ganz Deutschland umfangreiches
Unterrichtsmaterial zum Thema CleanEnergy an. Die Materialsammlung zum
Unterrichtseinsatz in der Sekundarstufe I und II
an Gymnasium und Realschule umfasst neben einer Lehrermappe auch eine
interaktive CD-ROM. Die BMW Group greift mit „H2 – Mobilität der Zukunft“ die
Wünsche vieler Pädagoginnen und Pädagogen auf, die im Schulalltag immer häufiger
mit Fragen zu alternativen Energien konfrontiert werden. Die Materialien können dabei nicht nur als Basis für eine sachlich fundierte
Auseinandersetzung im Fachunterricht dienen, sondern eignen sich auch
hervorragend für fächerübergreifende Unterrichtsansätze, die
handlungsorientiertes Lernen und Eigeninitiative der Schülerinnen und Schüler
fördern. Thematische Schwerpunkte sind die Bedeutung von Mobilität und Energie,
die Ursache von Klimaproblemen, die regenerative Energieerzeugung, Wasserstoff
als Energieträger der Zukunft in der mobilen und stationären Anwendung und die
Umstellung auf eine Wasserstoffwirtschaft. Das Unterrichtspaket wird auch in Englisch und Mandarin angeboten. Für die
Grundschule ist zudem eine kindgerechte Version dieses Schulungsmaterials über
die BMW Presse- und Öffentlichkeitsarbeit erhältlich. BMW CleanEnergy im Verkehrszentrum des Deutschen Museums. Als Gründungsmitglied des Verkehrszentrums des Deutschen Museums
in München informiert die BMW Group dort über die Wasserstoff-Mobilität von
morgen. Seit 2003 zeigt das Projekt BMW CleanEnergy, wie Wasserstoff die
Mobilität der Zukunft ermöglicht. Die Besucher des Verkehrszentrums lernen in
unterhaltsamer Form die Erzeugung, Verteilung, Speicherung und den Einsatz von
Wasserstoff kennen. Interaktive Exponate zeigen, wie Strom aus erneuerbaren
Energien Wasser aufspaltet und so das Wasserstoff-
Gas erzeugt. Die Tankstelle der Zukunft demonstriert, wie der tiefgekühlte
Kraftstoff in den Autotank kommt. Und natürlich darf auch das Herzstück
nicht fehlen: der Prototyp des ersten Wasserstoff-Serienautos der Welt, ein BMW
7er. An einem Touch-Screen kann der Besucher die Technik des
Wasserstoff-Fahrzeugs genauer betrachten: Motor, Tank und Leitungen bis hin zur
Abgasanlage. Das – über Internet steuerbare – H2-Labor, Filme
und Grafiken ergänzen das Bildungsangebot. Auf diese Weise erhält der Betrachter
eine Vorstellung davon, welche Vorteile Wasserstoff hat und
schärft sein Bewusstsein dafür, welche Voraussetzungen die Gesellschaft noch
schaffen muss, damit der Kraftstoff der Zukunft Realität werden kann. BMW CleanEnergy Ausstellung im China Science & Technology Museum in Peking.
Foto:
Eröffnung BMW CleanEnergy Ausstellung im Chinese Science & Technology Museum Als Beitrag zur Verbreiterung der Wissensbasis in der Öffentlichkeit hat die BMW
Group zusammen mit dem China Science & Technology Museum
in Peking eine BMW CleanEnergy Ausstellung realisiert. Das Konzept folgt der
Präsentation, die die BMW Group zusammen mit dem Deutschen Museum verwirklicht
hat. Sie zeigt den vollständigen Wasserstoff-Kreislauf beginnend mit der
Produktion, über die Verteilung, Betankung und schließlich der Nutzung im
Fahrzeug. BMW CleanEnergy Projekte in China. Um die Einführung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft in einer
der größten Volkswirtschaften der Welt zu untersuchen, plant die BMW Group im
Rahmen des Projektes BMW CleanEnergy in China eine Vielzahl an Aktivitäten. So
erarbeiten BMW Experten zusammen mit deutschen und chinesischen Partnern die
Möglichkeiten der Umsetzung einer Wasserstoff-Infrastruktur in China. Zudem
steht seit April 2004 den chinesischen Universitäten eine Informationsmappe in
Mandarin mit dem Titel „Expertenwissen Wasserstoff“ zur Verfügung. Ein BMW
CleanEnergy Internetportal stellt in chinesischer Sprache sicher, dass dieses
Informationsmaterial in China flächendeckend abgerufen werden kann. Konsequente Zielsetzung: weniger CO2, mehr Unabhängigkeit. Das langjährige und konsequente Engagement der BMW Group für die Einführung von
Wasserstoff als Kraftstoff hat verschiedene Gründe:
Der Verband der europäischen Automobilindustrie ACEA verpflichtete sich im Juli
1998 gegenüber der Europäischen Union, die CO2-Emissionen
aller europäischen, neu zugelassenen Automobile bis zum Jahr 2008 auf
durchschnittlich 140 g CO2/km zu senken. Dies entspricht einer Reduzierung um 25
Prozent CO2 gegenüber 1995. Allerdings lässt sich das in Diskussion stehende,
über 140 g CO2/km hinausgehende Ziel der ACEA nicht allein durch
fahrzeugtechnische Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung erreichen, sondern
verlangt unter anderem auch den Einsatz kohlenstoffarmer oder –freier
Kraftstoffe. Die langfristige Lösung dazu heißt Wasserstoff. Mit diesem ist ein
weiterer essentieller Vorteil verbunden: Da Wasserstoff mit allen Primärenergien
hergestellt werden kann, bietet er mehr Versorgungssicherheit und eine
Unabhängigkeit von den Vorkommen fossiler Energieträger. Wasserstoff – der Welt häufigstes Element. Was Wasserstoff – chemisches Symbol H – über alle ökologischen und ökonomischen
Argumente hinaus so interessant macht, ist seine allumfassende Präsenz: Er ist
das häufigste und gleichzeitig das leichteste Element des Universums. Als
Bestandteil von Wasser und allen organischen Verbindungen ist er Teil des
biologischen Kreislaufs. Das ungiftige, farb- und geruchlose Gas ist brennbar
und besitzt einen Heizwert, der in der flüssigen Phase, bezogen auf das Volumen,
etwa ein Viertel des Heizwerts von Benzin beträgt. Bezogen auf das Gewicht
enthält Flüssigwasserstoff nahezu die dreifache Energiemenge von Benzin. Bei der
Verbrennung entsteht Wasser (H2O), aber kein Kohlendioxid (CO2). In der Summe
seiner Eigenschaften hat Wasserstoff nach Ansicht der Fachwelt somit das
überzeugendste Potenzial, der Kraftstoff der Zukunft zu sein.
Quelle: BMW Presse-Information vom 12.09.05 Das könnte
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