Wasserstoff im Tank

FAU-Forscher veröffentlicht Machbarkeitsstudie zu kohlendioxidfreiem Schwerlastverkehr

Neue Maschinenteile, Turnschuhe oder Wurst von hier nach dort bringen. Für den Industriestandort Deutschland spielt der Warenverkehr  eine wichtige Rolle. Innerhalb Deutschlands werden weit mehr als zwei Drittel aller Waren mit LKWs bewegt. Dabei fallen jährlich rund 40 Millionen Tonnen Kohlendioxid an. Solche Emissionen zu reduzieren, ist neben einem generell geringeren Energieverbrauch und der Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien an diesem, eines der Ziele der Energiewende. Ohne Änderungen im Schwerlastverkehr lassen sich die deutschen Klimaziele nicht erreichen. Deshalb haben Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) untersucht, ob und wie sich  dieser nahezu CO2-frei gestalten lässt.

Während der Energieverbrauch in Deutschland seit insgesamt 1990 abgenommen hat, stieg zeitgleich anteilig der jährliche Verbrauch von Energie im Straßenverkehr an. Seit 1990 um 68 Terrawattstunden (TWh) gestiegen, stellte dieser im Jahr 2014 mit 728 TWh etwa ein Viertel des Gesamtverbrauches dar. Das ist mehr Energie ist, als die in Deutschland in einem Jahr produzierte elektrische Energie. Solche Mengen an verbrauchter Energie und produziertem Kohlendioxid zu verringern sowie den Anteil an erneuerbaren Energien am Gesamtverbrauch zu erhöhen, ist Kern der sogenannten Energiewende und damit auch Ziel der Machbarkeitsstudie, die Prof. Dr. Wolfgang Arlt, Inhaber des Lehrstuhls für Thermische Verfahrenstechnik der FAU im Auftrag des Bundesverkehrsministeriums angefertigt hat. Darin untersucht der Erlanger Forscher mögliche Wege, den Schwerlastverkehr klimaneutral zu gestalten.

Ein besonderer Wasserstoffspeicher

Grundlegend für die Studie ist dabei die Energiequelle mit der sich zukünftig Fahrzeuge klimaneutral betreiben und ebenso klimaneutral gewinnen lassen könnte: Wasserstoff. Doch nicht in seinem gasförmigen Zustand, sondern chemisch gebunden in sogenannten Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHC). Sie bestehen aus einer Trägerflüssigkeit, an die sich der Wasserstoff leicht binden lässt. In einer speziellen Vorrichtung  wieder von der Trägerflüssigkeit getrennt und damit freigesetzt, wird der Wasserstoff entweder in einem Motor verbrannt oder in Brennzellen in elektrischen Strom umgewandelt. Die verbrauchte Trägerflüssigkeit hingegen lässt sich durch erneute Bindung von Wasserstoff recyceln und wiederverwenden. Da die LOHC-Flüssigkeit sich nicht nur leicht lagern, sondern auch relativ unkompliziert nutzen lässt ‒ die Flüssigkeit verhält sich ähnlich wie Diesel – wären auch an Tankstellen nur wenige Veränderungen notwendig, wie spezielle Zapfsäulen und -pistolen.  Damit wäre auch PKW-Fahrern gedient. Denn sollte der Schwerlastverkehr zukünftig über LOHC abgewickelt werden, wäre auch für Autos eine entsprechende Infrastruktur vorhanden.

Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle?

Beide Möglichkeiten sind emissionsarm, doch weist ein Verbrennungsmotor beim Einsatz von LOHC insgesamt größere Vorteile auf. So lässt sich beispielsweise die von einem Verbrennungsmotor entwickelte Wärme leicht ableiten und für das Abspalten des Wasserstoffs weiterverwenden. Zudem unterstreicht die Studie, dass der benötigte Wasserstoff auch klimafreundlich gewonnen werden kann. Das verlangt allerdings, regenerative Anlagen verstärkt und beschleunigt auszubauen, um klimafreundliche Elektrizität und damit Wasserstoff zu gewinnen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die mit Wasserstoff beladene LOHC-Flüssigkeit aus anderen Ländern wie Kanada oder Nordafrika zu importieren.

Nicht Weltspitze

Da sich neue Technologien aufgrund der Kosten häufig schwer etablierten, müssten gesetzliche Regeln geändert werden und für die Startphase ein Anreizsystem geschaffen werden, sagt der Erlanger Ingenieur Arlt. Damit  sich die eh schon knappen Gewinne der Transportbranche nicht noch weiter verringerten. „Zudem fehlt noch ein LKW-Prototyp, um den auf der Straße zu testen“, sagt Arlt. „Leider ist Deutschland hier nicht Weltspitze, denn in China gibt es Busse mit solchen Antrieben.“ Deshalb will der FAU-Forscher zusammen mit den Industriepartnern, die an der Studie mitgewirkt haben, Fördermittel beantragen. Damit soll dann ein solcher Prototyp gebaut und getestet werden.

Ein wichtiger Nebeneffekt beim LOHC: die Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen. Auch hier zeigt sich, dass dessen Nutzung wesentlich effektiver ist, als die anderer Konzepte, wie zum Beispiel AdBlue, eine Harnstoff-Wasser-Mischung, mit der Stickstoffe in Dieselabgasen reduziert werden. „Im Labor konnte das Stickoxid durch LOHC unter die Nachweisgrenze gedrückt werden“, erklärt Arlt. Dies ist weit weniger als die heutige Norm.

Die Machbarkeitsstudie kann hier herunterladen werden: www.tvt.cbi.fau.de

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Wolfgang Arlt
Tel.: 09131/85-27440
wolfgang.arlt@fau.de