TEIL C

Die Brennstoffzelle - Ausgewählte Länder (II)

Bundesrepublik Deutschland (2000 – 2004)

Auf dem Genfer Automobilsalon 2000 zeigt Opel einen ‚Zafira HydroGen 1’ mit Brennstoffzelle, 82 PS und einer Höchstgeschwindigkeit von 140 km/h. Das Unternehmen will 2004 die ersten Fahrzeuge auf den Markt bringen. Einer Studie des Fraunhofer-Instituts zufolge könnten 2010 in Deutschland jährlich 250.000 Brennstoffzellen-Pkw in Serie gefertigt werden (eine größere Zahl würde die Zulieferer in Bedrängnis bringen...). Und auf einem Symposium in Tokio gibt DaimlerChrysler bekannt, daß ihr Brennstoffzellen-Auto zwar 2004 in den Verkauf gehen, jedoch erst ab 2010 konkurrenzfähig zu herkömmlich angetriebenen Autos sein wird.

Am 9. Mai 2000 geht im Klärwerk Köln-Rodenkirchen Europas erstes Brennstoffzellen-Heizkraftwerk in Betrieb, das die regenerative Energie Klärgas nutzt. Die 2,5 Mio. DM teure Anlage wurde von der GEW Köln AG errichtet und im Rahmen der Landesinitiative Zukunftsenergien vom Land Nordrhein-Westfalen gefördert. Die PAFC-Zelle hat eine elektrische Leistung von 200 kW und eine Wärmeleistung von 205 kW. Die Stromproduktion deckt etwa die Hälfte des Klärwerk-Verbrauchs, mit der Wärme wird das Bürogebäude sowie die Faulbehälter beheizt.

Im Juni fährt die 12 m lange ,Hydra' aus Leipzig den Rhein bei Bonn entlang, ein Prototyp von Etaing/Ecoboot für 22 Personen. Die 5 kW AFC-Zelle erlaubt einen zweitägigen Betrieb bei einer Geschwindigkeit bis 11 km/h.

Auf der ACHEMA 2000 stellt die Gesamthochschule Kassel die unter der Leitung von Prof. Winsel entwickelte und nun von der Gaskatel GmbH hergestellte alkalische EloFlux-Brennstoffzelle vor. Gegenüber anderen Brennstoffzellen hat die EloFlux-Brennstoffzelle viele Vorteile. Sie arbeitet bei geringen Drücken und Temperaturen und ist daher benutzerfreundlich. Als Katalysatoren dienen Nickel und Silber im Gegensatz zum üblicherweise eingesetzten Platin. Dies ist nicht nur durch den deutlich geringeren Preis dieser Materialien sondern vor allem durch die sehr begrenzten Platinvorkommen auf der Welt von großer Wichtigkeit. Die kompakte Bauweise erlauben Leistungen von mehr als 200 Watt pro kg und 160 Watt pro Liter.

Mitte September findet in München der internationale Wasserstoffkongreß Hyforum 2000 statt, bei dem es selbstverständlich auch um den Einsatz von Brennstoffzellen geht. Der Vizepräsident des Internationalen Wasserstoffenergie-Verbandes Prof. Carl-Jochen Winter, ein Wasserstoff-Aktivist der ersten Stunde, prognostiziert einen allmählichen Wandel zu einer Wasserstoff-Gesellschaft, der bis 2050 vollzogen sein wird.

Im Oktober 2000 gibt das Bundeswirtschaftsministerium bekannt, das es die Brennstoffzellen-Technologie mit rund 100 Mio. DM fördern will: Für 35 Mio. DM sollen Busse des öffentlichen Nahverkehrs mit Brennstoffzellen ausgerüstet werde, 30 Mio. DM sind für die Erprobung im Bahnverkehr vorgesehen, und neben verschiedenen Demonstrationsvorhaben sollen auch noch 60 Kleinkraftwerke für Einfamilienhäuser und Verwaltungsgebäude entstehen. Das Förderprogramm soll bis 2005 laufen.

Ebenfalls im Oktober wird in Marbach der Startschuß für den Bau des größten Brennstoffzellen-Kraftwerks in Europa gegeben. Unter Leitung des Stromunternehmen Energie Baden-Württemberg (EnBW) baut ein Konsortium mit Teilnehmern aus Deutschland, Frankreich, Österreich und den USA für 50 Mio. DM ein 1 MW Kraftwerk als Demonstrationsanlage, die ab 2002 eine Gemeinde mit 2.000 Einwohnern mit Strom versorgen soll. Im Rahmen eines Joint-Ventures wird außerdem geplant, die Technologie ab 2005 serienmäßig zu vermarkten – mit Leistungen bis zu 10 MW.

Im November stellt DaimlerChrysler den ‚Necar 5’ sowie einen ‚Jeep Commander 2’ vor, deren Brennstoffzellen mit flüssigem Methanol betrieben werden. Im Rahmen des Projektes ‚California Fuel Cell Partnership’ (s.d.) wird auch ein ‚Necar’ mit einem optimierten 55 kW Elektroantrieb gebaut, der mit Druckwasserstoff betrieben eine Geschwindigkeit von 145 km/h erreicht und mit der Tankladung von 2 kg Wasserstoff etwa 200 km weit fährt. Auch Volkswagen stellt mit dem Konzeptwagen ‚Bora HyMotion’ ein erstes 98 PS Brennstoffzellen-Fahrzeug vor, das einen 102 PS Elektromotor besitzt, mit 50 l Flüssigwasserstoff betankt wird und eine Reichweite von 350 km besitzt.

Eines der ersten Fahrräder mit Brennstoffzellen-Antrieb wird gemeinsam von NovArs und der amerikanischen Manhattan Scientifics gebaut und vorgestellt. Das Demonstrationsmodell besitzt einen Nabenmotor und eine 670 W leistende PEMFC-Zelle.

Im März eröffnet der deutsch-britische Brennstoffzellen-Hersteller ZeTek in Köln das weltweit erste vollautomatische Werk für die Serienproduktion von alkalischen Brennstoffzellen (zwei weitere Betriebe sollen 2001 in England und den USA folgen). Bis Jahresende sollen Zellen mit einer Gesamtleistung von 40 MW produziert werden. Kurz darauf gibt der Energieversorger Hamburg Gas Consult bekannt, daß man 2004 in die Serienproduktion von Hausenergie-Aggregaten gehen werde.

Im Frühjahr 2001 gibt es in Berlin eine Weltpremiere, der erste wasserstoffbetriebene Bus wird im normalen BVG-Linienbetrieb eingesetzt. Der rund 12 m lange MAN-Bus hat auf dem Dach einen 600-l-Tank für Flüssigwasserstoff (minus 253°C), der ihm eine Reichweite von etwa 400 km gibt, und die Zellen leisten 120 kW. Gekostet hat das Ganze 2,5 Mio. DM. Nach einem halben Jahr im Linienbetrieb folgt eine Europatournee, danach soll der Bus bis mindestens 2004, wenn das EU-geförderte Forschungsprojekt endet, weiter in Berlin im Einsatz sein. Die Wasserstoff-Tankstelle befindet sich auf dem Bus-Betriebshof an der Usedomer Straße. Ab 2005 soll der Bus in Serie gefertigt werden.

Bis Ende 2001 entsteht durch RWE Energie und Siemens/Westinghouse auf dem Gelände des Meteoriten in Essen ein Pavillon für verschiedene Brennstoffzellen-Demonstrationsprojekte, darunter eine druckaufgeladene 320 kW SOFC-Anlage zur Strom-, Wärme- und Kälteerzeugung. Der elektrische Wirkungsgrad der modernsten Anlage Europas liegt bei 58 %, der Gesamtwirkungsgrad bei 80 %.  Gemeinsam mit Thyssengas und Enel soll das Kraftwerk vier Jahre lang getestet werden. Zugleich engagiert sich RWE bei der Erprobung von Kleinanlagen: Gemeinsam mit dem Heizungshersteller Vaillant und weiteren nationalen und internationalen Partnern werden in Nordrhein-Westfalen und in den Niederlanden im Rahmen eines Verbundprojektes 50 Testanlagen aufgestellt. Vaillant zielt für 2010 auf einen Absatz von 100.000 Geräten jährlich.

Auf der Wasserstoff-Expo in Hamburg wird 2002 erstmals der neue ‚Focus FCEV Hybrid’ (Fuel Cell Electric Vehicle) von Ford vorgestellt. Der Wagen, der bereits als Kleinserie hergestellt wird, hat eine Reichweite ca. 320 km, seine Höchstgeschwindigkeit beträgt 130 km/h, und die Leistung beträgt 68 kW / 92 PS. Die Hybridtechnik besteht darin, daß die von der Brennstoffzelle erzeugte Energie in der Batterie zwischengespeichert und von dort an die Elektromotoren abgegeben wird. Umgekehrt können die Motoren beim Bremsen Energie zurückgewinnen und wiederum in der Batterie speichern – was einen erheblichen Vorteil gegenüber anderen Brennstoffzellen-Autos bedeutet. Ford will seine Brennstoffzellen-Autos allerdings erst ab 2010 Privatkäufern anbieten.

Im Jahr 2002 nimmt das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) eine MCFC-Brennstoffzellen-Anlage in Testbetrieb, die Klärgas in Strom umwandelt. Die Anlage im Klärwerk Wuppertal-Kohlfurth hat eine elektrische Leistung von 1 kW und wird mit einem auf 650°C erhitzen Gas beschickt, welches zuvor gereinigt, befeuchtet, sowie in Wasserstoff und Kohlenstoff aufgespalten wurde. Die MCFC-Brennstoffzelle stammt von dem italienischen Hersteller Ansaldo.

Auf dem Aachener Brennstoffzellen-Technologietag im Dezember 2002 präsentiert die ortsansässige Firma EUtech Scientific Engineering GmbH den Prototyp eines Rollstuhls mit Brennstoffzellen-Antrieb. Die Vorteile dieser Technik sind eine große Energieleistung bei platzsparender Bauweise, große Reichweite, lange Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit, sowie Wegfall der Aufladezeiten. Das Projekt wird im Rahmen der Landesinitiative Zukunftsenergien vom Kompetenz-Netzwerk Brennstoffzelle NRW unterstützt.

Ebenfalls im Dezember 2002 läßt die Hanse Gas GmbH in Schwerin nach vierwöchigem Probebetrieb das erste Brennstoffzellen-Heizgerät in Mecklenburg-Vorpommern ans Netz gehen. Das System ‚HXS 1000 Premiere’ der Schweizer Firma Sulzer Hexis steht in einem Mehrfamilien-Haus in Gadebusch und dient, zusammen mit einem Gas-Heizungskessel, primär der Warmwasser-Versorgung. Es besteht aus einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) mit Sauerstoff-Ionen leitenden Keramik-Elektrolyten. Bei Arbeitstemperaturen von 800°C bis 1.000°C erzeugt die mit Erdgas betriebene Zelle 2,5 kW thermische und 1 kW elektrische Leistung, die in das Stromnetz eingespeist wird. Das Projekt ist als Langzeitversuch angelegt und wird ingenieurwissenschaftlich vom Deutschen Brennstoffinstitut in Freiberg/Sachsen und der Technischen Universität Dresden begleitet.

Und bei den Howaldtswerkern Deutsche Werft AG (HDW) werden 120 kW PEMFC-Zellen erfolgreich in der neuen 214er U-Boot-Klasse eigesetzt.

Anfang 2003 beginnt die 1987 gegründete Firma Masterflex AG mit Sitz in Gelsenkirchen im Zukunftszentrum Herten mit der Serienfertigung einer PEM Mini-Brennstoffzelle auf Wasserstoffbasis aus einem integrierten Metallhydrid-Speicher und mit einer Leistung von 50 W. Das Gerät kann tragbare Geräte wie Notebooks bis zu 50 Stunden mit Strom versorgen. Der Einsatz von neuartigen Materialien soll zu einer deutlichen Kostenreduzierung führen. Das Projekt wird vom Energieministerium Nordrhein-Westfalen mit rund 580.000 € unterstützt und soll 2004 in Serie gehen.

Seit 1988 wurden bislang rund 30 Mio. € Fördermittel für 27 Brennstoffzellenprojekte eingesetzt, die ein Gesamtvolumen von rund 66 Mio. € haben. Darüber hinaus förderte das Wissenschaftsministerium Brennstoffzellen-Projekte an Hochschulen mit rund 10 Mio. €. Im April 2000 gründen Energie- und Wissenschaftsministerium das Kompetenz-Netzwerk Brennstoffzelle NRW. Rund 230 Experten aus Firmen und Forschungseinrichtungen arbeiten darin an zukunftsfähigen Lösungen für die Energieversorgung. Meilensteine der erfolgreichen Arbeit sind unter anderem die Gründung des Zentrums für Brennstoffzellen-Technik in Duisburg und des deutsch-kanadischen Unternehmens Hydrogenics Europe GmbH in Gelsenkirchen. Mit Masterflex nimmt erstmals ein deutsches Unternehmen in NRW die Serienproduktion von Minibrennstoffzellen auf.

Auf der CEBIT in Hannover stellt die Firma Consel im März 2003 unter dem Namen ‚Marathon-Koffer’ einen Notebook-Koffer mit einer SmartFuelCell C25 vor, die ihren Treibstoff aus einer 125 ml Methanol-Tankpatrone bezieht, welche für sieben Stunden Dauerbetrieb ausreicht, wobei sich im Koffer noch sieben Ersatzpatronen befinden. Das Brennstoffzellen-System eignet sich auch für die Energieversorgung weiterer mobiler Geräte und soll im Laufe des Jahres auf den Markt kommen.

Im August 2003 startet in Berlin-Buckow eine dreijährige Testphase, bei der erstmals ein Einfamilienhaus über eine Brennstoffzelle mit Strom und Wärme versorgt wird. Insbesondere soll dabei die meist zu schnelle Abnutzung der Brennstoffzellen beobachtet werden – im Laborversuch waren bislang erst 250 Tage erreicht worden. Die Berliner Gasag arbeitet bei diesem Gemeinschaftsprojekt zusammen mit dem Berliner Installationsbetrieb Mercedöl-Feuerungsbau, den Leipziger Erdgaslieferanten Verbundnetz Gas (VNG) und der schweizerischen Firma Sulzer Hexis, die das 650 kg schwere Gerät hergestellt hat (s.d.).

Zur gleichen Zeit präsentiert MTU Friedrichshafen in Japan das Konzept einer gut 12 m langen Brennstoffzellen-Yacht ,CoolCell'. Sie soll mit 4 Stacks von jeweils 1,2 kW PEMFC-Zellen von Ballard ausgerüstet werden, mit denen etwa 8 Knoten erreicht werden können.

Auf dem Caravan Salon Düsseldorf im September 2003 stellt die SFC Smart Fuel Cell AG aus dem südbayerischen Brunnthal-Nord zusammen mit dem Reisemobil-Hersteller Hymer das weltweit erste Brennstoffzellen-System für den Privatgebrauch vor. Das SFC A25 System liefert pro Tag 50 Ampere-Stunden, die 2,2 kg schwere 2,5 Liter Methanol-Tankpatrone reicht für 70 – 80 Stunden Vollast und kostet 14,90 €. Der Preis des Gesamtsystems beträgt 4.990 € und ist insbesondere für den Energiebedarf von Caravans, Reisemobilen und Segelschiffen ausgelegt.

Auf der Messe H2 Expo in Hamburg im Oktober 2003 wird der vollverkleidete Dreirad-Prototyp ‚HYSUN3000’ gezeigt, ein ausschließlich mit Wasserstoff fahrendes Fahrzeug, dessen Brennstoffzellen-Technologie nur rund 3 kg Wasserstoff auf 3.000 km verbraucht. Das Leergewicht beträgt 120 kg, die Karosserie besteht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff und die Höchstgeschwindigkeit ist 80 km/h. Angetrieben wird der Wagen durch einen Elektromotor mit einer max. Leistung von 3 kW, der seinen Strom aus einer Proton Exchange Membrane-Brennstoffzelle (PEM) mit einer Leistung von 1,2 kW und einem Wirkungsgrad von ca. 60 % bezieht. Unterstützt wird der Antrieb von einer Lithium-Ionen-Batterie (Supercaps, s.d.). Die Idee dieses Versuchsfahrzeugs kam im Mai 2001 auf – und das Projektteam besteht aus ehrenamtlichen Mitarbeitern, die in ihrer Freizeit an der Konstruktion und der medialen Aufbereitung mitwirken. Hauptsponsoren des Projektes sind bisher Ballard Power Systems AG, DaimlerChrysler, Energy research Center of the Netherlands und Dynetek Industries Ltd. Im August 2004 erhält der ‚HYSUN3000’ vom TÜV Rheinland die Straßenverkehrszulassung. Im darauffolgenden Monat erzielt das Fahrzeug einen Weltrekord auf der Strecke Malaga-Berlin, wobei es als erstes Brennstoffzellen-Fahrzeug der Welt auf einer Strecke von 3.000 km öffentlicher Straßen nur 3,265 kg Wasserstoff verbraucht (entspricht umgerechnet 12 l Benzin, bzw. 0,4 l Benzin pro 100 km.

Ende 2003 wird bekannt, daß Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich um Dr. Willem Josef Quadakkers am Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik 2 eine Metalllegierung entwickelt haben, die es erlaubt, hitzeresistente und langlebige ‚Interkonnektoren’ für Hochtemperatur-Brennstoffzellen in Groß-Serien herzustellen. Diese Interkonnektoren verbinden Brennstoffzellen-Einheiten zu den größeren Einheiten im Bereich der Hochtemperatur-(SOFC)-Brennstoffzellen, welche als effektivster und damit zukunftsträchtigster Zweig der Brennstoffzellen-Technologie gelten. Bisher wurden die Interkonnektoren aus Chromlegierungen hergestellt, um eine zu starke Ausdehnung bei den hier auftretenden Temperaturen von rund 900°C zu vermeiden. Das dabei auftretende Problem war, daß das Chrom teilweise verdampfte und andere Bereiche der Zelle beschädigte. Bei dem neuen Werkstoff ‚Crofer 22 APU’ bildet sich an der Oberfläche der Interkonnektoren eine Schutzschicht aus Chrom-Manganoxid, welche die Chromabdampfung stoppt und zugleich elektrisch leitfähig ist.

Im Januar 2004 stellt das Zentrum für Brennstoffzellen-Technik/Duisburg auf der Messe BOOT 2004 in Düsseldorf eine kompakte Zusatz-Stromversorgungs-Einheit APU (auxiliary power unit) für Segelboote vor, damit diese zum Aufladen der Akkus künftig den Dieselmotor nicht mehr anwerfen müssen. Die 300 W starke Brennstoffzellen-Anlage wird mit im Handel überall erhältlichen Propangas betrieben, welches in der Anlage entschwefelt und zu Wasserstoff aufbereitet wird. Eine 5 kg Propangasflasche reicht zwei Wochen lang für die Bord-Stromversorgung.

Die Firma SFC Smart Fuel Cell AG stellt auf der CEBIT im März 2004 in Hannover den Prototyp ihres ‚PowerBoy’ vor. Die Direktmethanol-Brennstoffzelle wiegt nur 0,7 kg und bietet Laufzeit von bis zu 12 Stunden je Tankpatrone, und damit eine deutlich höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkus. Das Gerät kann gleichzeitig mehrere portable Stromverbraucher versorgen, die Tankpatronen von der Größe einer Zigarettenschachtel sind schnell auszuwechseln. SFC arbeitet mit Partnern an einem internationalen Standard für solche Tankpatronen.

Im April geben der Automobilzulieferer Webasto und die Bayer-Tochter H. C. Starck bekannt, an der Entwicklung eines Hilfsstromaggregats auf Basis einer SOFC-Brennstoffzelle zu arbeiten, die ‚on-bord’ bei Temperaturen von 800°C bis 950°C mittels der Spaltung von Diesel oder Benzin bis zu 5 kW Leistung erzeugt, um die Autobatterie zu entlasten.

Im Mai 2004 stellt ein Forscherteam am Institut für Chemie und Biochemie der Ernst Moritz Arndt Universität in Greifswald eine Bio-Brennstoffzelle vor, die mit Hilfe von Escherichia coli-Bakterien aus organischem Material und sogar Klärschlamm Strom produziert. Dazu zerteilen die Bakterien den im Versuch verwendeten Zucker in kleine Moleküle. So zerkleinert, kann die Biobrennstoffzelle den Zucker in Strom umwandeln. Die Stromhöhen, die mit einer kleinen Zelle erreicht werden, liegen zwischen 50 und 100 Milliampère. Pro Quadratzentimeter werde etwa 1,5 Milliampère erreicht. Bezogen auf konventionelle mikrobielle Brennstoffzellen bedeutet dies eine Steigerung um den Faktor 10 bis 100.

Wesentlich bei dem Prozeß eine speziell beschichtete Anode, denn die Mikroben sind elektrisch nicht leitfähig. Durch das beschichtete Elektrodenmaterial kann man die Stoffwechselprodukte der Bakterien jedoch direkt in der Bakterienlösung nutzen. Die Beschichtung aus dem elektrisch leitfähigen Kunststoff Polyanilin über einer Platin-Elektrode oder einer mit Platin überzogenen Graphit-Elektrode ist biokompatibel und elektrokatalytisch aktiv und schafft dadurch den Brückenschlag von nicht-leitend zu leitend. Sie übernimmt die Elektronen aus dem Stoffwechsel der Mikroben und überträgt sie auf die Anode wodurch ein kontinuierlicher Stromfluß ermöglicht wird. Der Kunststoff verlangsamt zudem die Anlagerung bakterieller Stoffwechsel- und anderer Prozeß-Nebenprodukte des elektrokatalytischen Oxidationsprozesses. Dennoch entstehende Ablagerungen werden durch regelmäßige Spannungsimpulse chemisch umgesetzt und von der Anodenoberfläche abgelöst.

Ein im Mai 2004 von Seiten der Opposition in Baden-Württemberg vorgelegter Antrag, in Anlehnung an das 100.000-Dächer-Solarprogramm auch ein entsprechendes 1.000-Keller-Programm für die Hausenergieversorgung mit Brennstoffzellen zu initiieren, stößt auf allgemeines Wohlwollen. Vertreter aller Parteien stimmen darin überein, daß Baden-Württemberg im Bereich der Brennstoffzellen-Entwicklung europaweit, wenn nicht sogar weltweit eine Spitzenposition belegt. Von Regierungsseite wird sogar eine Ausweitung auf 100.000 Keller vorgeschlagen.

Nordrhein-Westfalen unterstützt 2004 die Entwicklung eines Brennstoffzellen-Fahrrads für Kuriere, das mit Wasserstoff in Pfandkartuschen betankt werden kann.

Im Oktober 2004 führen Wissenschaftler am Institut für Agrartechnik Bornim (ATB) in Potsdam weltweit erstmalig erfolgreiche Probeläufe mit einer PEM-Brennstoffzelle mit Biogas durch. Dabei wird eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt. Das Brennstoffzellensystem entspricht in seinem Aufbau den Hausenergiesystemen für Erdgas, wie sie von mehreren großen Energieversorgern derzeit getestet werden. Im Unterschied zu Erdgas weist Biogas jedoch eine geringere Energiedichte auf und enthält auch schädliche Begleitgase, weshalb eine zusätzliche Reinigung notwendig wird. Das Biogas aus einer Pilotanlage zur Feststoffvergärung, das in Bornim genutzt wird, wird entschwefelt und zu einem wasserstoffreichen Gas reformiert, bevor es durch die 1 kW Brennstoffzelle geleitet wird. Als elektrischer Wirkungsgrad werden 38 % genannt.

In diesem Jahr stellt ZSW den Prototyp eines selbständig agierenden Unterwasserfahrzeugs vor, das für die Kontrolle von Unterwasserpiplines oder -kabel eingesetzt werden soll. Das Ergebnis des vom Ministerium für Bildung und Wissenschaft unterstützten Projekts ist ein futuristischer Apparat von 5,5 m Länge, der an der Luft 2,4 t wiegt, mit zwei 60-PEMFC-Zellen-Stacks ausgestattet ist und eine Nutzlast bis 300 kg transportieren kann. ,Deep C' soll bis zu 60 Stunden in einem Operationsradius von 400 km und einer Tiefe bis zu 4.000 m arbeiten. Später wird das Projekt allerdings eingestellt.

Weiter mit der Entwicklung der Brennstoffzelle in Deutschland ab 2005...