Elektromobilität und Brennstoffzellenantrieb – Matlok und Eckardt geben Gas mit Gleichspannungswandlern aus Erlangen: „Schlüsselkompetenz für alle elektronischen Fahrzeuge“

MÜNCHEN/ERLANGEN (AHK) Alle reden über Brennstoffzellen: Sind damit ausgestattete Fahrzeuge zukunftsträchtiger als E-Autos, deren Energie aus großen Akkus und Ladesäulen stammt?

Das Eine tun und das Andere nicht lassen, dachten sich zwei Forscher vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen: Dr. Bernd Eckardt und Dr. Stefan Matlok wandten dafür hartnäckige Ingenieurskunst gegen die herrschende Lehrmeinung auf.

So gelangten Eckard und Matlok ans Ziel ihrer Forschung: Sie halbierten Leistungsverluste in Form von Wärme und steigerten so die Reichweite der Fahrzeuge. Für energiehungrige Nutzfahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe bringt ein Brennstoffzellenantrieb theoretisch die notwendige Power. Dabei wandelt eine Brennstoffzelle Wasserstoff in Strom um. Allerdings müssten die vielen Komponenten eines solchen Antriebs alle kleiner und leichter werden, damit das Fahrzeug möglichst energieeffizient unterwegs ist. Zu ihnen gehört der Gleichspannungswandler, der elementar wichtig ist. Denn er passt die Spannung der Brennstoffzelle an den Antrieb an und steuert den Energiefluss. Am 9. Oktober wurden die beiden Forscher bei der Jahrestagung  von Fraunhofer mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis für ihre Entwicklung eines geeigneten Gleichspannungswandlers ausgezeichnet.

Auf den Wirkungsgrad kommt es an

Die elektrischen Wandler für die Brennstoffzellen beanspruchen derzeit etwa zehn Liter Bauraum. Der Wandler aus dem Fraunhofer IISB soll sich mit der Hälfte begnügen und mit einem sehr hohen Wirkungsgrad punkten. „Während herkömmliche Gleichspannungswandler einen Wirkungsgrad von etwa 97 bis 98 Prozent haben, erreicht unserer bis zu 99 Prozent“, so Eckardt, der Pandemie bedingt nicht bei der Preisübergabe vor Ort war. „Das mag erst einmal nicht sonderlich viel klingen, doch damit sind die Verluste mehr als halbiert und es kommt auf jedes Zehntel Prozent an.“ Durch den Wandler soll eine Leistung von 200 000 Watt fließen. Bei einem Verlust von einem Prozent bedeutet das: Es geht eine Leistung von zwei Kilowatt in Form von Wärme verloren. Die sparen die Forscher zugunsten einer nachhaltigen Mobilität jetzt ein.

Im Gegensatz zu kleinen PKWs haben große Fahrzeuge ein sehr großes Reichweitenproblem, wenn sie bei der Elektromobilität nur auf nachladbare Batterietechnologie setzen. Sie müssten die Ladesäule quasi im Gepäck haben. Als „Schlüsselkompetenz für alle elektronischen Fahrzeuge“ bezeichnete Matlok daher die neue Generation der Gleichspannungswandler für den Brennstoffzellenantrieb live bei der Preisübergabe, die für Gäste, Forscher und Presse über Internet-Streams und Microsoft Teams übertragen wurde.

Virtuell „vor Ort“ und Textredaktion: Annegret Handel-Kempf / Redaktionsbüro Smarte Zeitung

Neue Arbeitsplätze durch Neue Energien: 100.000 Fachkräfte für Wärmewende gesucht – „Schaffen“ für ein gutes Klima

ifeu-Geschäftsfüher Pehnt: „Erste zaghafte Pflänzchen“ beim Ausbau der Erneuerbaren Energien zu erkennen

MÜNCHEN/BERLIN (AHK) „Die Absenkung der Stromsteuer auf das europäische Mindestniveau wäre ein wichtiger Anstoß für die Verbraucher“, sagte BEE-Präsidentin Dr. Simone Peter gegenüber Journalisten zur Relevanz der Wärmewende.

Der Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE) hat am 5. Oktober 2020 mit seinem Positionspapier „Krisen überwinden, Wachstum stärken, Wohlstand sichern“ seine Kernforderungen für die Bundestagswahl 2021 zum Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor auf einer Pressekonferenz vorgestellt.

„Die große Chance der Wärmewende besteht darin, dass eine wirtschaftliche Belebung auf verschiedenen Wertschöpfungsstufen mit Klimaschutzzielen und Kosteneinsparung in Verbindung gebracht wird“, so Peter. Immer noch würden annährend 85 Prozent der Wärme und Kälte mit fossilen Energien erzeugt. Vor allem im Gebäudebestand seien Effizienzmaßnahmen und die Umstellung auf saubere Energien erforderlich. „Insbesondere in gesamtwirtschaftlich unsicheren Zeiten aufgrund der Corona-Pandemie kann der Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor einen wichtigen Beitrag zur Sicherung von Arbeitsplätzen und regionaler Wertschöpfung leisten“, betonte die BEE-Präsidentin.

Unterstützt wird diese Einschätzung von Dr. Martin Pehnt, Wissenschaftlicher Geschäftführer und Vorstand des Instituts für Energie- und Umweltforschung (ifeu): „Der Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmemarkt stagniert seit Jahren!“ Das sei dringend zu ändern, damit der Wärmesektor seinen Beitrag zu Klimaschutz und Unabhängigkeit von Importen leisten könne. „Hier müssen wir nun mit ganz konkreten Maßnahmen umso dynamischer aufholen“, fordert Pehnt. Bis 2050 blieben nicht einmal 30 Jahre – dies sei ein sehr kurzer Zeitraum für den Wärmesektor, der durch langfristige Investitionszyklen geprägt ist.

„Erste zaghafte Pflänzchen“ seien im ersten Quartal 2020 mit einer Verdoppelung der Biomasse und einem Anstieg um 24 Prozent bei den Wärmepumpen im Bereich der Erneuerbaren Wärme zu erkennen. Immer noch würden jedoch viermal mehr fossile Kessel verkauft. Im Heizungsbau sollte es nach Pehnts Ansicht möglich werden, schnell auf geförderte Erneuerbare Wärme umzusteigen, wenn eine Heizung kaputt gehe.

Pehnt sprach bei der Präsentation konkret von 100.00 Fachkräften, die für einen Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor bemötigt würden.  „Für Menschen, die nach der Corona-Krise aus der Kurzarbeit kommen, bedeuten diese Arbeitsplätze eine große Chance“. Auch Ingenieure würden beispielsweise für den Fernwärmebereich gebraucht.

Text: Annegret Handel-Kempf / Redaktionsbüro Smarte Zeitung

Wenn Wasserstoff das Erdöl ersetzen soll: Die Transformation der Energiewirtschaft spaltet Import- und Selbstversorgungsbefürworter

Von Annegret Handel-Kempf

München, 5. November 2020. Mit Wasserstoff das Wohnzimmer heizen oder die Waschmaschine antreiben? Das macht wenig Sinn, wenn es um ein einzelnes Eigenheim geht. Zu hoch sind die Verluste beim Hin- und Her-Umwandeln der Energie. Zu schlecht somit die Umwelt- und die Wirtschaftsbilanz. Darin sind sich viele Wissenschaftler einig. Eine Option gibt es doch für Haushalte, wenn es nach Federico Giovannetti vom Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) geht. Diese sieht der Forscher in bestehender Infrastruktur in Form von Wärmenetzen für Gebäude, in die „grüner Wasserstoff“ aus erneuerbaren Energien eingespeist werden könnte. In den Politiken sei Raumwärme aus grünem Wasserstoff, auch wenn er in solch großen Maßstäben verwendbar wäre, jedoch „wohl nicht priorisiert“, erläuterte der Ingenieur für Architektur- und Bauwissenschaft, der auch einen Doktor in Philosophie hat, bei der Jahrestagung des Forschungsverbands FVEE.

Anders sieht es mit Flugverkehr, Schiffsverkehr und Industrie aus. Erdöl soll dort bis 2030 oder 2050 weitgehend durch Wasserstoff ersetzt werden. Der Wegfall des Erdölgeschäfts könnte in manchen Ländern des globalen Südens damit kompensiert werden. Beispiele sind Saudi-Arabien und Mali. Wobei Versorgungssicherheit zu gewährleisten ist, zudem mögliche regionale Konflikte in den sonnenreichen Ländern einkalkuliert werden müssen. Außerdem deren verbleibende Möglichkeiten, trotz Wasserstoffproduktion für Industriestaaten, selbst auf Erneuerbare Energien umzustellen. Sicherheitsfragen spielen auch beim Transport eine Rolle. Ebenso Arbeitsplätze in Deutschland: Warum nicht gleich selbst Wasserstoff hierzulande herstellen?

Bei der Jahrestagung des Forschungsverbandes Erneuerbare Energien FVEE waren zum Thema „Import von Wasserstoff“ vorsichtige und kritische Stimmen zu hören. Manche Vortragenden und Tagungsteilnehmer bevorzugten regionale Lösungen. Aber auch die Losung „Deutschland wird Exportweltmeister bei den EE-Technologien und Importweltmeister beim Wasserstoff“ tauchte auf. Stichwort: Außenhandelsbilanz. Die Importeure sollen sich das Einkaufen weiter leisten können. Die Frage: „Ist es gut für die anderen, wenn die für uns den Wasserstoff produzieren?“, stellte Alexander Dyck vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in den Raum.

Kein Zweifel: Der „Green Deal“ der Europäischen Union und die Klimastrategie der Bundesregierung haben viele Gesichter.

Die Politikwissenschaftlerin Eva Hauser vom Saarländer IZES-Institut äußerte im FVEE-Chat: „Der Weg, den wir in BEniVEr wählen wollen, ist der, Typen von Ländern zu bilden, für die man unterschiedliche Risikoabsicherungsstrategien entwickeln sollte.“ – Im Rahmen der Forschungsinitiative „Energiewende im Verkehr“ (BEniVEr) untersucht die Begleitforschung fachübergreifende Analysen zu technischen, ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Auswirkungen. Die Entwicklung strombasierter Kraftstoffe und weiterer nicht-fossiler Erdölsubstitute sollen so von Instituten und Forschungsbereichen in größere Zusammenhänge gestellte werden. Die Initiative wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Das Thema „Wasserstoff“ wird vielerorts diskutier, intensiv erforscht und kommentiert.

Das Wuppertal Institut / DIW Econ führte in einer „Bewertung der Vor- und Nachteile von Wasserstoffimporten im Vergleich zur heimischen Erzeugung – Studie für den Landesverband Erneuerbare Energien NRW e. V. (LEE-NRW) vom 3. November 2020 an: „Nach einer Studie im Auftrag der Energieagentur NRW (Schindler 2019) können dagegen bereits heute die Produktionskosten von Wasserstoff aus onshore-Windstrom (ca. 80 €/MWh) in Deutschland als konkurrenzfähig mit den Importkosten aus Nordafrika der anderen Studien betrachtet werden.“ Diese Anmerkung findet sich unter der Überschrift: „Importkosten für grünen Wasserstoff aus Nordafrika gemäß Studienlandschaft“.

Christian Mildenberger, Geschäftsführer des LEE NRW, äußerste anlässlich der Veröffentlichung der Bewertungsstudie: „Im Energieland NRW sind die Unternehmen auf die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff angewiesen, um ihre Produktion klimaneutral zu machen.“ Die Studie zeige durch ihre Gesamtbetrachtung eindrücklich auf, dass dieser besser im eigenen Land erzeugt werden sollte. Mildenberger weiter: „Es wird zudem klar, dass H2-Importe nicht automatisch günstiger sind und die Wertschöpfungseffekte bei heimischer Produktion ein neues Wirtschaftswunder in Deutschland auslösen könnten, mit Blick auf die potenziellen Arbeitsplätze. Und die Erneuerbare-Energien-Potenziale dafür sind da.“

Dr. Simone Peter, Präsidentin des Bundesverbands Erneuerbare Energie (BEE), sprach sich ebenfalls dafür aus, grünen Wasserstoff regional zu erzeugen: „Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie haben wir in Deutschland bisher nur beschlossen, grünen Wasserstoff in großem Stil zu konsumieren. Jetzt muss auf die Agenda, ausschließlich grünen Wasserstoff zu fördern und ihn dann auch hier zu produzieren.“ Die Bundesregierung müsse „Blockaden lösen“ und Anreize setzen, um die entsprechende Zahl von Elektrolyseuren für grünen Wasserstoff, die Infrastruktur und ausreichend Strom aus Erneuerbaren Energien im eigenen Land zu erzeugen. Auf diese Weise würden Versorgungssicherheit, Bezahlbarkeit und Klimaschutz in der modernen Energieversorgung vereint.

Autorin: Annegret Handel-Kempf

Die Grafik zeigt die Prognose der Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte bei unterschiedlichen heimischen Produktionsanteilen, die mit einer heimischen Wasserstofferzeugung in direktem oder indirektem Zusammenhang stehen.

Bemerkung: „Untere Grenze“-Szenario entspricht 0% heimischer Produktion, „NWS“ entspricht 14 %, „Umlaut“ entspricht 45 %, „90 %“ entspricht 90 % und „Obere Grenze“ entspricht 100 %.

(Quelle der Abbildung und ihrer Erläuterungen: Pressemitteilung des BEE)