Technik

Jedem seine eigene Wasserstoff-Tankstelle

In der Schweiz gibt es erst zwei Wasserstofftankstellen. Das soll sich ändern, wenn es nach Forschern der ETH Lausanne geht. (KEYSTONE/Gaetan Bally)

In der Schweiz gibt es erst zwei Wasserstofftankstellen. Das soll sich ändern, wenn es nach Forschern der ETH Lausanne geht. (KEYSTONE/Gaetan Bally)

Forscher der ETH Lausanne haben ein neuartiges Speicher- und Betankungssystem für Wasserstoff vorgestellt. Das könnte der sauberen Energie langfristig zum Durchbruch verhelfen.

Das fossile Zeitalter wird enden. Und zwar nicht, weil die Erdöl-Reserven verbrannt sein werden. Sondern weil neue Techniken und Materialien zur Verfügung stehen. «Die Steinzeit ging auch nicht zu Ende, weil es keine Steine mehr hatte», sagt Andreas Züttel, Professor an der ETH Lausanne (EPFL).

So wird sich das auch mit den fossilen Energieträgern abspielen. «Der Weltenergieverbrauch von 18 Terawatt wird bereits im Jahr 2030 über erneuerbare Energieträger möglich sein. Aber nur wenn wir dann in der Lage sind, erneuerbare Energie zu speichern», sagt Züttel.

Denn erneuerbare Energie hat den Nachteil der Zyklen. Sonne und Wind stehen nicht immer und schon gar nicht gleichmässig zur Verfügung. Deshalb steht und fällt die Energiewende mit der Speicherung, für die auf der ganzen Welt nach neuen Formen gesucht wird. Gestern hat der EPFL-Professor zusammen mit Hans-Michael Kellner, CEO der Firma Messer Schweiz, in Zürich eine Technik präsentiert, welche die Wasserstoff-Nutzung und -Speicherung extrem vereinfachen könnte.

Erdöl lässt sich leicht in Fässern speichern

Denn noch hat in Sachen Speicherung das Erdöl mit seiner Energiedichte die Nase vorn. Mit drei Fässern Öl lassen sich ein Haus ein Jahr lang heizen, ein Auto einen Monat fahren. Zum Vergleich: Dafür braucht es 1250 Auto-Batterien. Noch mehr Energiedichte als Öl hat Wasserstoff (H2). Für oben genannte Leistungen reichen davon schon 33 Kilogramm.

Allerdings besteht da das Problem des Volumens, denn ohne die Komprimierung unter hohem Druck braucht es für die Speicherung dieser 33 Kilogramm Wasserstoff das Volumen eines Riesenballons mit 13 Metern Durchmesser.

Deshalb muss Wasserstoff mehrmals stark zusammen gedrückt und entspannt werden, um ihn transportieren und danach in einem Fahrzeug nutzen zu können. Diese mehrmalige Komprimierung braucht allerdings selbst wieder viel Energie, was hohe Stromkosten zur Folge hat. Weiter erzeugt die Wasserstoff-Herstellung viel Lärm und starke Vibrationen, weil Kolben das Gas unter grosser Kraftanstrengung wie in einem Schiffsmotor zusammendrücken.

Diese Lärmentwicklung bei Wasserstofftankstellen sei vielen noch gar nicht bewusst, weil die beiden einzigen aktuellen Wasserstofftankstellen in der Schweiz nicht in Nähe von Wohngebieten stünden, sagt Züttel. Bis ein Wasserstoff-Auto betankt werden kann, sind somit viele und aufwendige Schritte nötig.

Züttels System ermöglicht das Speichern und Verdichten von Wasserstoff in einem Schritt. Möglich ist das mit einem Metallhydrid, welcher den Wasserstoff wie ein Schwamm aufnimmt. Damit lässt sich der Druck des Wasserstoffs über die Temperatur regeln und nicht über den Einsatz von Strom.

«Das ist ein Riesenvorteil für das Betanken von Fahrzeugen», erklärt Züttel. In dieser Betankungskette entsteht nie ein Hochdruck, der ein potenzielles Gefahrenrisiko ist. Beim Betankungssystem mit dem Metallhydrid namens HyCo entsteht der fürs Autofahren notwendige Hochdruck erst beim Tanken des Wasserstoff-Autos. Das System ist geräusch- und vibrationslos, braucht keine Elektrizität, sondern nur Wärme. Diese kann für eine industrielle Metallhydrid-Nutzung zum Beispiel aus Abwärme einer Firma stammen.

Die weltweit agierende Firma Messer, die in der H2-Wirtschaft und auch im CO2-Recycling tätig ist, will die Entwicklung der EPFL industriell nutzen. Mit HyCo soll die Wasserstoff-Betankung nicht nur an Tankstellen billiger und effizienter werden. «Das Verfahren ist für kleine Wasserstoff-Mengen noch interessanter», sagt Kellner. In Zukunft soll es deshalb möglich sein, die Produktion von Wasserstoff mit herkömmlicher Elektrolyse und der Speicherung in Metallhydrid an jedem Privathaus auszuführen. Jedem seine eigene H2-Tankstelle.

Das dichteste Tankstellennetz

Kellner spricht vom dichtesten Tankstellennetz der Welt, wenn an jeder Ecke Wasserstoff getankt werden könne. Denn Wasser stehe ohne Ende zur Verfügung und mit dem chemischen Wasserstoff-Verdichter aus Lausanne könne das System überall installiert werden. Wohl nicht zuerst bei Einfamilienhäusern, aber bei Parkhäusern und Firmen.

Serienmässige Wasserstoff-Autos gibt es bereits, die eine Reichweite von etwa 600 Kilometern haben. Ein Pionier ist der Hersteller Hyundai, der beim H2-Speicher mit der ETH Lausanne zusammenarbeitet.

Bis sich das System breit durchsetzt, wird es noch seine Zeit dauern. Zwar funktioniert das Laborgerät HyCo bestens, muss aber noch auf Industriegrösse skaliert werden. Zum anderen sind die politischen Weichen für eine solche Wasserstoffnutzung noch nicht gestellt. Und so sehen Züttel und Kellner die Gefahr, «dass wir hier diese Technik erstmals präsentieren, ein anderes Land aber leider schneller ist.»

Langfristig sehen die beiden Wasserstoff als die Lösung, welche alle aktuellen Antriebsarten überleben werde, unter anderem weil Wasserstoff eine höhere Energiedichte als eine Batterie habe.

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