Wasserstofftankstellen: Beschleunigung der Umstellung auf grüne Mobilität

Wasserstofftankstellen, auch bekannt als Wasserstofftankstellen oder H2-Tankstellen, sind Einrichtungen, die Wasserstoffgas für den Einsatz in Brennstoffzellenfahrzeugen speichern und abgeben. Diese Stationen spielen eine entscheidende Rolle bei der Einführung von Wasserstoff als saubere, nachhaltige Alternative zu fossilen Kraftstoffen im Verkehr. In diesem Artikel befassen wir uns mit den verschiedenen Arten von Wasserstofftankstellen, ihren Schlüsselkomponenten, dem Betankungsvorgang, Sicherheitsmaßnahmen und der Zukunft der Wasserstoffinfrastruktur.

‍

Grundlagen des Wasserstoffs als Kraftstoff

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum und hat das Potenzial, eine saubere, erneuerbare Brennstoffquelle zu sein. Bei der Verwendung in einer Brennstoffzelle verbindet sich Wasserstoff mit Sauerstoff und erzeugt Strom, wobei nur Wasser und Wärme als Nebenprodukte entstehen. Dies macht ihn zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Benzin- oder Dieselkraftstoffen, die schädliche Treibhausgasemissionen verursachen.

‍

Arten von Wasserstofftankstellen

Es gibt zwei Haupttypen von Wasserstofftankstellen: Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff und Tankstellen für flüssigen Wasserstoff.

‍

Stationen für gasförmigen Wasserstoff

Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff speichern Wasserstoffgas unter hohem Druck, in der Regel bei 350 bis 700 bar (5.000 bis 10.000 psi). Diese Tankstellen komprimieren den Wasserstoff, der dann in Hochdrucktanks gespeichert wird, bevor er an die Fahrzeuge abgegeben wird. Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff sind die häufigste Art von Wasserstofftankstellen.

‍

Flüssigwasserstoff-Stationen

Flüssigwasserstofftankstellen speichern Wasserstoff in flüssigem Zustand bei extrem niedrigen Temperaturen (-253°C oder -423°F). Diese Stationen erfordern eine komplexere Ausrüstung und Isolierung, um den Wasserstoff bei solch niedrigen Temperaturen zu halten, bieten aber Vorteile in Bezug auf Speicherkapazität und Betankungsgeschwindigkeit.

‍

Schlüsselkomponenten einer Wasserstofftankstelle

Eine Wasserstofftankstelle besteht in der Regel aus drei Hauptkomponenten:

1. Kompressoren: Kompressoren werden eingesetzt, um den Druck von Wasserstoffgas zu erhöhen, so dass es effizient in Tanks gespeichert und an Fahrzeuge abgegeben werden kann.
2. Speichertanks: In Speichertanks wird Wasserstoffgas unter Druck gespeichert, bis es an ein Fahrzeug abgegeben wird. In den Tanks von Wasserstofftankstellen kann Wasserstoff entweder in gasförmiger oder in flüssiger Form gespeichert werden.
3. Zapfsäulen: Die Zapfsäulen sind die Schnittstelle zwischen der Tankstelle und dem Fahrzeug. Sie ermöglichen eine sichere und kontrollierte Übertragung von Wasserstoff aus den Speichertanks in das Brennstoffzellensystem des Fahrzeugs.

‍

Der Prozess der Wasserstoffbetankung

Das Betanken eines wasserstoffbetriebenen Fahrzeugs ähnelt dem Betanken eines benzinbetriebenen Fahrzeugs. Der Fahrer parkt in der Nähe der Zapfsäule, schließt die Zapfpistole an den Kraftstoffbehälter des Fahrzeugs an und startet den Betankungsvorgang. Die Zapfsäule überträgt dann Wasserstoff aus den Speichertanks der Tankstelle in das Brennstoffzellensystem des Fahrzeugs. Der gesamte Vorgang dauert in der Regel zwischen 3 und 5 Minuten, vergleichbar mit dem Tanken von Benzin oder Diesel.

‍

Sicherheitsmaßnahmen an Wasserstofftankstellen

An Wasserstofftankstellen werden verschiedene Sicherheitsmaßnahmen ergriffen, um die sichere Handhabung und Lagerung von Wasserstoff zu gewährleisten. Zu diesen Maßnahmen gehören:

1. Lecksuchsysteme, die mögliche Wasserstofflecks in Lagertanks, Zapfsäulen und Rohrleitungen aufspüren.
2. 2. Belüftungssysteme, die im Falle eines Lecks die Ansammlung von Wasserstoffgas verhindern.

3. Notabschaltsysteme, die die Quelle eines Lecks automatisch isolieren und den Wasserstofffluss stoppen.
4. Feuerlöschsysteme, die potenzielle Brände schnell löschen können.
5. Schulung des Tankstellenpersonals zur Gewährleistung der ordnungsgemäßen Handhabung und Wartung der Wasserstoffbetankungsanlagen.

‍

Vorteile von Wasserstofftankstellen

Wasserstofftankstellen bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Benzin- und Dieseltankstellen, darunter

1. Geringere Treibhausgasemissionen: Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge stoßen nur Wasserdampf und Wärme aus, was die verkehrsbedingten Emissionen erheblich reduziert.
2. Erneuerbare Brennstoffquelle: Wasserstoff kann aus einer Vielzahl erneuerbarer Quellen hergestellt werden, z. B. durch Wasserelektrolyse, die mit Sonnen- oder Windenergie betrieben wird.
3. Energiesicherheit: Wasserstoff kann im Inland produziert werden, was die Abhängigkeit von Ölimporten verringert.
4. Schnelle Betankungszeiten: Das Tanken von Wasserstoff ist ähnlich schnell wie das Tanken von Benzin, was im Vergleich zum Aufladen von Elektrofahrzeugen eine bequemere Erfahrung ist.

‍

Herausforderungen beim Ausbau der Wasserstofftankstellen-Infrastruktur

Trotz der Vorteile gibt es einige Herausforderungen beim Ausbau der Wasserstofftankstellen-Infrastruktur:

1. Hohe Kapitalkosten: Der Bau und Betrieb von Wasserstofftankstellen erfordert erhebliche Investitionen in Ausrüstung und Technologie.
2. Begrenzte Anzahl wasserstoffbetriebener Fahrzeuge: Der derzeitige Markt für Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge ist relativ klein, was die Nachfrage nach Wasserstofftankstellen begrenzt.
3. Konkurrenz durch Elektrofahrzeuge: Das Wachstum von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen und der Ladeinfrastruktur kann sich auf die Akzeptanz von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen auswirken.

‍

Die Zukunft der Wasserstofftankstellen

Die Zukunft der Wasserstofftankstellen wird wahrscheinlich von weiteren Fortschritten in der Brennstoffzellentechnologie, von der Senkung der Kosten für die Wasserstoffproduktion und -speicherung sowie von der steigenden Nachfrage nach wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen abhängen. Da Regierungen und private Unternehmen weiterhin in die Wasserstoffinfrastruktur investieren, wird erwartet, dass die Zahl der Wasserstofftankstellen zunehmen wird, was die Akzeptanz von Wasserstoff als nachhaltigem Verkehrskraftstoff weiter fördert.

‍

Schlussfolgerung

Wasserstofftankstellen sind eine entscheidende Komponente bei der Umstellung auf einen sauberen, nachhaltigen Verkehr. Da die Zahl der wasserstoffbetriebenen Fahrzeuge zunimmt, wird die Entwicklung einer robusten Infrastruktur für die Wasserstoffbetankung von entscheidender Bedeutung sein. Wenn wir die verschiedenen Arten von Wasserstofftankstellen, ihre Schlüsselkomponenten und den Betankungsprozess verstehen, können wir das Potenzial von Wasserstoff als Alternative zu herkömmlichen fossilen Kraftstoffen besser einschätzen.

‍

Quellen

‍

U.S. Department of Energy - Wasserstofftankstellen

Internationale Energieagentur (IEA) - Die Zukunft des Wasserstoffs

‍

‍

Alle Wasserstofftankstellen auf Lhyfe Heroes anzeigen

‍

Um die Tanks von sauberen, emissionsfreien Fahrzeugen wie Autos, Gabelstaplern, Traktoren, Bussen, Lastwagen, Müllfahrzeugen, Booten, Zügen usw. zu füllen, müssen die Tankstellen mit Wasserstoff versorgt werden, der aufbereitet, komprimiert und von einer Produktionsstätte angeliefert wird.

‍

Tanken von Wasserstoff, so einfach und schnell wie das Tanken von Benzin

Lassen Sie uns zunächst hervorheben, was sich nicht ändert! Das Betanken eines Mirai-Neuwagens an einer Wasserstofftankstelle ist genauso einfach wie das Betanken eines herkömmlichen Autos mit Verbrennungsmotor. Nur die Betankungseinheit ist wirklich anders - Wasserstoff wird in Kilogramm statt in Litern abgefüllt, aber alles andere ist ähnlich. Pumpe, Zapfpistole, Terminal-Tastatur und Informationsbildschirm sind geblieben, und vor allem die Ladezeit ist nicht anders - in weniger als fünf Minuten ist der Tank voll, und der Mirai kann wieder rund 650 Kilometer weit fahren.

‍

Blick hinter die Kulissen einer Wasserstofftankstelle

Bevor eine Wasserstofftankstelle Treibstoff ausgeben kann, muss sie mehrere Prozesse durchlaufen:

• Zunächst muss der Wasserstoff in Flaschenregalen, Tanks oder Schlauchanhängern gelagert werden,
  
• Er muss komprimiert werden (auf 500 bar bei Fahrzeugen, die mit 350-bar-Wasserstoff betrieben werden, und auf 900 bar bei Fahrzeugen, die mit 700-bar-Wasserstoff betrieben werden, was vom Fahrzeugtyp abhängt),
  
• Anschließend muss er in so genannten Puffertanks gespeichert werden.
  
• Vor der Verteilung muss der Wasserstoff mit Hilfe eines Wärmetauschers und einer Kälteanlage (nur bei 700-bar-Tankstellen) abgekühlt werden.
  
• Erst dann kann der Wasserstoff über den Schlauch und die Zapfpistole der Zapfsäule in einen Tank gefüllt werden.
  

Die Infrastruktur der Wasserstofftankstellen wird oberirdisch errichtet und ist einfach zu installieren, zu reparieren und aufzurüsten.

‍

Wer installiert Wasserstofftankstellen?

Neben Entwicklern und Betreibern von Tankstellen - die ihr Angebot diversifizieren und saubere Mobilität mit Wasserstoff fördern - können auch Kommunen, Unternehmen, Hersteller oder Betreiber von Fahrzeug-/Busflotten eigene Wasserstofftankstellen zur Betankung ihrer Flotte installieren. Einige dieser privaten Betreiber öffnen ihre Tankstellen auch für die Öffentlichkeit.

In einigen Gebieten wurden Ökosysteme eingerichtet, um gemeinsam Stationen zu entwickeln, die den Bedürfnissen aller lokalen Nutzer gerecht werden.

‍

Was bieten die derzeitigen Wasserstofftankstellen?

Das Angebot einer Wasserstofftankstelle kann anhand einiger weniger Hauptkriterien definiert werden:

• Druck: 350 bar und/oder 700 bar (oder 35 und/oder 70 MPa). Einige Wasserstofftankstellen liefern nur 350 bar, andere nur 700 bar, wieder andere beides.
  
• Speicherkapazität: Diese reicht von einigen Kilos - für die Versorgung einer kleinen Kleinwagenflotte - bis zu mehreren Tonnen Wasserstoff pro Tag für die Betankung von Lastwagen, Booten, Flugzeugen, Zügen usw.
  
• Durchflussmenge: Die Betankungszeit hängt von der Durchflussrate der Tankstelle, dem Fahrzeug und dem Betankungsprotokoll des Fahrzeugs ab.
  

Ein Zeichen dafür, dass der Sektor bereits ausgereift ist, ist die Tatsache, dass es eine Norm für Wasserstofftankstellen gibt - die Norm SAE J2601 legt das Protokoll und die Verfahrensgrenzen für die Versorgung von leichten Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen mit Wasserstoff fest.

‍

Wo gibt es die ersten Wasserstofftankstellen?

Frankreich, das in seinem Wasserstoffplan die Einrichtung von mehr als 100 Wasserstofftankstellen bis 2023 vorsieht, muss sein Netz beschleunigen, damit Privatpersonen und Gewerbetreibende ihre Fahrzeuge innerhalb eines Zeitrahmens betanken können, der mit den Plänen der Fahrzeughersteller und Kraftstofflieferanten übereinstimmt.

Siehe die gemeinsame Karte der Stationen‍

‍

Überall in Europa gibt es Wasserstofftankstellen (siehe unsere Karte), und das Ziel, alle 150 km eine zu haben, wird weiter verfolgt. Aber wie funktioniert eine Wasserstofftankstelle genau? Heute spreche ich mit Simon Keusching, Global Key Account Manager bei Dover Fueling Solutions® (DFS), der sich auf Wasserstofflösungen spezialisiert hat. DFS verfügt über mehr als 130 Jahre Erfahrung im Kraftstoff- und Convenience-Einzelhandel und hat 2022 offiziell die DFS-Wasserstoffzapfsäule eingeführt.

‍

Claire: Was ist die Besonderheit beim Bau einer Wasserstofftankstelle?

Um zu erklären, wie innovativ sie ist, vergleiche ich sie gerne mit Dieseltankstellen. Natürlich gibt es bei beiden einige Sicherheitsvorschriften, aber der Prozess ist ziemlich einfach.

Bei Wasserstoff ist das ganz anders, denn in der Tankstelle befindet sich eine komplette Wasserstoffverarbeitungsanlage, in der viele technische Komponenten zusammengefasst sind.

‍

C: Könnten Sie den Wasserstoffprozess in der Tankstelle genauer beschreiben?

Es gibt fünf Hauptkomponenten, die zusammengefasst werden:

- Das Entladepaneel: Es bringt den Wasserstoff vom Schlauchwagen zum Kompressor.

- Der Kompressor: Wenn man mit dem Entladen beginnt, herrscht zu Beginn ein hoher Druck im Schlauchwagen (350 bar). Aber wenn sich der Schlauchwagen entleert, nimmt auch der Druck ab. Der Kompressor arbeitet dann, um mehr Druck auf den Wasserstoff auszuüben. Der Kompressor erhöht den Druck auf bis zu 450 bar, so dass mehr Wasserstoff in der Tankstelle gespeichert werden kann und die Betankung schneller erfolgen kann. Für schwere Lkw muss der Tank mit 350 bar befüllt werden, für Pkw mit 700 bar.

- Der Puffer: Wir müssen einen Teil des Wasserstoffs unter hohem Druck in der Station speichern, um sicherzustellen, dass er jederzeit mit dem richtigen Druck verfügbar ist und um mehr Wasserstoff zu speichern.

- Das Kühlsystem: Wenn wir ein Fahrzeug mit Wasserstoff beladen und die Aufladung schnell erfolgt, erhitzt sich der Wasserstoff sehr stark und könnte gefährlich sein: Deshalb müssen wir ihn vorher kühlen. Es ginge auch ohne Kühlung, aber es würde länger dauern.

- Die Zapfsäule und die Düse: Dieser Teil ist für die Regulierung des Drucks, der Temperatur, des Durchflusses und der in das Auto "abgegebenen" Menge verantwortlich.

Im Inneren sieht es komplex aus, aber für den Benutzer ist die Erfahrung sehr ähnlich: sehr schnell!

‍

C: Es gibt viele neue Energielösungen für Fahrzeuge, und es ist manchmal verwirrend zu wissen, welche man wählen soll. Was ist Ihre Meinung dazu?

In der Tat gibt es derzeit eine Vielzahl alternativer Kraftstoffe. Zum Beispiel:

- Gas, CNG, LPG, LNG. Das sind immer noch fossile Brennstoffe, die im Motor verbrannt werden. Sie reduzieren die Emissionen um etwa 30 %.

- Bio-Gas. Auch dies ist eine Lösung, die wir verflüssigen und in der gleichen Infrastruktur wie LNG verwenden können. Die Umwandlung von Abfällen in Gas ist ebenfalls eine interessante Lösung, bei der aber immer noch CO2 ausgestoßen wird, wenn das Fahrzeug fährt.

Für mich sind die wichtigsten Lösungen für die Zukunft folgende:

- Grüner Wasserstoff: für schwere Lastkraftwagen, Fahrzeuge, die viel fahren, usw.

- Dekarbonisierte Elektrizität: für leichte Autos.

- Mit grünem Wasserstoff hergestellte E-Treibstoffe für noch leistungsfähigere Lösungen.

Wasserstoff steht noch am Anfang, was sind die nächsten Hürden, die es zu überwinden gilt?

Das Ziel ist die Standardisierung der Ausrüstung und der Massenproduktion aller Komponenten. Fast jeder Akteur in der Wasserstoff-Wertschöpfungskette muss in den kommenden Jahren aufsteigen. Die Nachfrage ist da, aber wir brauchen die richtigen Leute und die richtigen Komponenten, und wir brauchen sie schnell.

Positiv ist, dass viele private und öffentliche Investitionen getätigt wurden, und jetzt sieht es so aus, als würden sich alle an einem großen Ziel für Wasserstoff orientieren.

‍

Sie möchten mehr über Wasserstoff bei Dover Fueling Solutions erfahren? Entdecken Sie ihre Podcast-Folgen:

• Ein Hoch auf den Wasserstoff
  
• Über die Dekarbonisierung diskutieren: Teil 1
  
• Über Dekarbonisierung diskutieren: Teil 2
  

‍