Wasserstoff für die Berghütte

Dr. Alexander Dyck untersucht mit einem fach­über­­greifenden Team, wie sich Elektrizitäts­­system und Transport­sektor verknüpfen lassen. In solchen Szenarien sind Brenn­stoff­­zellen­­autos viel mehr als umwelt­­freundliche Verkehr­s­mittel.

Dr. Alexander Dyck vor dem Brennstoffzellen-Fahrzeug des DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme
Dr. Alexander Dyck vor dem Brennstoffzellen-Fahrzeug des DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme © DLR/Andreas Caspari

Künftig muss er zum Tanken nicht mehr nach Bremen fahren: Den wasser­­stoff­­betriebenen Dienst­­wagen, der zugleich Test­­fahrzeug ist, kann Dr. Alexander Dyck bald direkt in Oldenburg auftanken. Im März hat die nord­deutsche Stadt den Zuschlag für eine Wasser­­stoff­­tank­­stelle bekommen – eine von hundert, die bis 2019 im Bundes­­gebiet entstehen sollen. Auch die Forschung im Institut für Vernetzte Energie­­systeme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raum­­fahrt (DLR) bekommt dadurch neue Impulse. Dort analysiert der promovierte Chemiker Alexander Dyck mit rund 30 Fach­leuten aus Physik, Elektro­­technik, Maschinen­bau und Wirtschafts­wissen­schaften, wie sich neue Energie­modelle in größere Systeme einfügen lassen. Einer ihrer Schwer­punkte ist die Brenn­stoff­zellen­mobilität. Mit ihrem Versuchs­fahrzeug, einem Mittel­­klasse­­wagen, erfassen sie zum Beispiel die realen Verbrauchs­werte bei Langsam- und Schnell­fahrten und unter­suchen die Platin­austräge. Diese Rückstände im Abluft­­kanal, über den beim Verbrennungs­­prozess entstehender Wasser­dampf ausgeblasen wird, geben Aufschluss über den Alterungs­prozess der Brennstoff­zelle. Durch den Neu­bau der Wasser­stoff­station in Oldenburg werden solche Analysen erheblich einfacher, weil die Koordination von Tank­stellen­­besuchen in Bremen oder Münster wegfällt.

Unter der Leitung von Alexander Dyck erforschen die DLR-Expertinnen und Experten auch, wie Städte und Häuser zu ihrem eigenen Energie­bedarf beitragen können. Dabei prüfen sie unter anderem das Potenzial einer aktiven Gebäude­hülle, die Sonnen­­einstrahlung in thermische, elektrische oder chemische Energie umwandeln kann. Das Team muss nicht nur die technologischen und material­­wissen­­schaftlichen Anforderungen ermitteln, sondern auch potenzielle Kosten, ökonomische Bedeutung, rechtliche Aspekte und gesellschaftliche Auswirkungen – komplexe Fragen, die sich nur durch die enge Zusammen­arbeit verschiedener Disziplinen beantworten lassen. Das Forschungs­feld ist anwendungs­nah: Ziel ist die Entwicklung von effizienten und zuverlässigen Technologien, die später industriell umgesetzt werden können.

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An der Schnitt­stelle von Fahrzeug und Stromnetz

Ein zweiter wichtiger Aspekt ihrer Arbeit ist das Auto in einem vernetzten Energie­­system. Die DLR-Wissen­schaftler arbeiten daran, Fahrzeuge sektoren­­über­­greifend in Gebäude­­strukturen rückzukoppeln. Durch eine solche Verknüpfung könnte der Verkehrs­­sektor zur umwelt­­freundlichen Energie­gewinnung im Strom­sektor beitragen. Ein mit Wasser­stoff betriebenes Brenn­stoff­zellen­fahrzeug wäre in einem solchen vernetzten Energie­­system nicht mehr nur Fort­bewegungs­mittel, sondern gleich­­zeitig mobiler Stromer­­zeuger. „Bei einem Ausflug in die Berge könnte man das Auto nutzen, um Strom für die Hütte zu erzeugen“, erklärt Alexander Dyck. Auch bei einem Strom­ausfall zu Hause könnte das Wasser­stoff­auto durch eine Rück­speisung der chemischen Energie aus der Brenn­­stoff­zelle kurz­fristig die Strom­­versorgung über­nehmen. Die Speicher­­kapazitäten aus dem Verkehrs­­sektor würden dazu beitragen, ein stabiles Energie­system auf der Basis von erneuerbaren Energien aufzubauen. Sie könnten auch eingesetzt werden, um wetter- und saison­­bedingte Schwankungen von Wind- und Sonnen­en­ergie auszugleichen.

Im Labor untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem, welcher synergetische Mehr­­wert sich ergibt, wenn verschiedene Fahrzeuge in ein über­­geordnetes Netz eingebunden werden. Der Schwer­­punkt liegt dabei auf Brenn­­stoff­­zellen­­fahr­zeugen, die gegen­über batterie­­betriebenen Elektro­autos einige Vorteile haben. Ihre Reich­­weite ist mit rund 500 Kilometern sehr groß, und sie können inner­­halb weniger Minuten mit gas­­förmigem, auf 700 bar verdichtetem Wasser­­stoff betankt werden. „Wasser­­stoff lässt sich mit einem Wirkungs­­grad um 60 Prozent sehr energie­­effizient rück­verstromen“, betont Alexander Dyck. „Ein Kilo­gramm enthält ungefähr dreimal so viel Energie wie ein Kilogramm Erdöl.“ Mit den inter­­disziplinären Teams im DLR-Institut für Fahrzeug­­konzepte, die am Auto von morgen forschen, und im DLR-Institut für Technische Thermo­dynamik, die Brenn­stoff­zellen­technologien weiter­­entwickeln, sind die Forscherinnen und Forscher eng vernetzt.

Für Wasser­stoff­mobilität ziehen viele Partner an einem Strang

Sie begleiten auch den Aufbau der Oldenburger Wasser­stoff­tankstelle. Dafür arbeiten sie mit regionalen Tank­­stellen­­betreibern, Planungs­­büros, Anlagen­bauern, Auto­häusern, Taxi­­unternehmen, dem Energie­cluster OLEC, der Stadt­­verwaltung und dem Speicher­betreiber EWE-Gas­speicher zusammen. Die DLR-Wissen­­schaftler erheben zum Beispiel den energetischen Nutzen der Tankstelle, berechnen modell­haft die Verfügbar­keit für große Strecken und planen, wie sich Abnahme­mengen entwickeln werden. Daraus leiten sie ein optimiertes Gesamt­konzept für Tankstelle und Gebäude­­technologie ab. Im Feldversuch wollen sie zudem den Test begleiten, inwie­weit sich Brenn­stoff­­zellen­fahr­zeuge für einen Taxibetrieb eignen. Mit einer Fahr­­leistung von etwa 300.000 Kilometern innerhalb von drei Jahren gelten Taxis als härtester Anwendungs­fall. Alexander Dyck und sein Team nutzen modernste Mess- und Prognose­­technik, eine hervor­ragende Labor­­infra­struktur und ihr Versuchs­­fahrzeug, um Zukunfts­­modelle für die Wasser­stoff­­mobilität zu entwickeln. Ihr Forschungs­­gebiet ist schließlich Neuland – lang­­fristige Erfahrungs­­werte gibt es noch nicht.

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