Virtueller Assistent

Brennstoffzellen für eine emissionsfreie Mobilit?t

Langer Atem

Die Technologie steht noch am Anfang. Und doch k?nnen Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle in Zukunft zu einer emissionsfreien Mobilit?t beitragen. Damit der Energietr?ger Wasserstoff m?glichst effizient in Strom verwandelt werden kann, will Dr. Volker Banhardt von Freudenberg Performance Materials eine ganz besondere Komponente in die Brennstoffzelle bringen.

Hell scheint die tiefstehende Sonne durch die Laborfenster. In einem Raum im Industriepark Weinheim h?lt Volker Banhardt ein kleines, schwarzes Vliesmuster ins Licht, so dünn und leicht wie Papier. ?Die eine Seite besteht aus Karbonfasern. Sehen Sie die feine Faserstruktur?“, fragt er, w?hrend er das Vlies hin und her wendet. ?Die andere Seite ist mit leitf?higen Kohlenstoffen wie Ru? und Graphit beschichtet. Bindende Fluorpolymere sorgen wie bei einer Teflon-Pfanne dafür, dass Flüssigkeit abperlt und das Vlies sich nicht mit Wasser vollsaugt.“ Das unscheinbare, schwarze Vlies nennt sich in der Fachsprache ?Gasdiffusionslage“, ist wichtiger Bestandteil jeder Brennstoffzelle und wird seit Anfang 2018 in einer Produktionshalle gleich nebenan industriell gefertigt. Nach Ansicht des promovierten Materialforschers, der den Vertrieb der Brennstoffzellenprodukte bei Freudenberg Performance Materials leitet, wird sie in einigen Jahren dazu beitragen, dass Brennstoffzellen in Elektrofahrzeugen zum Baustein einer CO2-freien Mobilit?t werden k?nnen.

Photo of Dr. Banhardt and Marco Poetschat

Dr. Volker Banhardt  (rechts) mit einer Probe einer ?Gasdiffusionslage“: Die eine Seite besteht aus Karbonfasern, die andere Seite ist mit leitf?higen Kohlenstoffen wie Ru? und Graphit beschichtet.

Photo of Dr. Volker Banhardt

Nach Ansicht des promovierten Materialforschers, der den Vertrieb der Brennstoffzellenprodukte bei Freudenberg Performance Materials leitet, wird sie in einigen Jahren dazu beitragen, dass Brennstoffzellen in Elektrofahrzeugen zum Baustein einer CO2-freien Mobilit?t werden k?nnen.

Freudenberg drives Mobility

Verbrennungsmotor, Hybrid-Technologie, Brennstoffzelle, rein durch Strom betriebene Fahrzeuge oder autonomes Fahren – die M?glichkeiten, um im Stra?enverkehr von einem Ort zum anderen zu gelangen, werden vielf?ltiger. Die Freudenberg Gruppe hat dies im Blick und arbeitet schon heute an Mobilit?tskonzepten von morgen. Dabei umfassen die innovativen L?sungen nicht nur Bereiche innerhalb der Elektromobilit?t.

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Die Brennstoffzelle als Alternative zur Batterie

Grunds?tzlich haben alle Fahrzeuge mit alternativem Antrieb das Potenzial, Menschen in Zukunft klimafreundlich von A nach B zu bringen. Doch werden sie mit Batterien betrieben, sind noch zahlreiche Herausforderungen zu l?sen. Schon bei der Herstellung der Batterien entsteht beim heutigen Strommix viel CO2, weil dabei elektrische Energie ben?tigt wird. Die Reichweiten batterieelektrischer Autos sind derzeit noch nicht wirklich alltagstauglich, es gibt zu wenig Ladepunkte und der Ladevorgang an sich dauert zu lange. Gerade für schwerere Elektrofahrzeuge, die lange Strecken zurücklegen, bietet sich deswegen die Brennstoffzelle als Alternative zur Batterie an. Sie produziert den Strom, den der Elektromotor zum Antrieb ben?tigt, direkt an Bord.

Dazu wird das Auto zun?chst mit Wasserstoff betankt, der aus CO2-neutral erzeugtem Strom gewonnen werden kann. Im Fahrzeug wandelt die Brennstoffzelle den Wasserstoff in Strom um. Das Prinzip: Die positiv geladenen Wasserstoff-Protonen wandern von der Anode aus durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) zur Kathode und reagieren dort mit Luftsauerstoff zu Wasser. An der Anode entsteht ein überschuss an negativ geladenen Wasserstoff-Elektronen. Werden diese über einen separaten Stromkreis mit der Kathode verbunden, wandern sie dorthin: es flie?t elektrischer Strom. Als ?Abfallprodukte“ entstehen Wasserdampf und W?rme. Da es sich um einen Oxidationsprozess ohne Flamme handelt, wird er auch als kalte Verbrennung bezeichnet.

Bei der kalten Verbrennung soll m?glichst viel Energie aus dem Wasserstoff in Strom umgewandelt werden – und nicht in W?rme, die im Fahrzeug weitgehend ungenutzt bliebe. Und genau hier kommt das schwarze Vlies ins Spiel. ?Die Gasdiffusionslage befindet sich direkt an der katalytisch beschichteten Membran und hat die Aufgabe, den Wasserstoff und den Luftsauerstoff m?glichst optimal verteilt dem Reaktionsprozess zuzuführen“, erkl?rt Banhardt. Je homogener die Gase verteilt werden und je gleichm??iger der gesamte Querschnitt angestr?mt wird, umso mehr Strom wird bei der kalten Verbrennung produziert. Au?erdem hat die Gasdiffusionslage die Aufgabe, die Abw?rme und den Wasserdampf abzutransportieren. Genau deswegen ist sie ?hnlich wie bei einer Teflonpfanne beschichtet: Der Wasserdampf perlt an ihr entlang in ein Kanalsystem, über das er abgeführt wird.

Basierend auf seinem High-Tech-Portfolio liefert Freudenberg GDL-Materialien für alle Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) und Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) -Anwendungen.

"Bis zu einer Serieneinführung mit gro?en Stückzahlen ist noch einiges zu tun”

Die Brennstoffzelle wird in Zukunft also batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge erg?nzen? ?Bis zu einer Serieneinführung mit gro?en Stückzahlen ist noch einiges zu tun“, sagt Banhardt. Weil es zu wenig Wasserstoff-Tankstellen gibt, werden Brennstoffzellen derzeit vor allem station?r zur Erzeugung von Hausenergie und für Sonderfahrzeuge wie Gabelstapler eingesetzt. Die k?nnen dann in Geb?uden emissionsfrei fahren und zugleich viel schneller als batteriebetriebene Gabelstapler auf der werkseigenen Wasserstofftankstelle mit Energie versorgt werden. Aber auch in anderen Bereichen wird am Brennstoffzellen-Antrieb geforscht.

So stellte Renault auf der UN-Klimakonferenz 2017 in Paris elektrische Lastwagen mit Brennstoffzelle vor, für den emissionsfreien Hafenbetrieb sind Schiffe mit Brennstoffzelle in der Erprobung und Flugzeuge sollen über eine brennstoffzellenbetriebene Hilfsturbine am Flughafen emissionsfrei mit Strom versorgt werden. In Shanghai, aber auch in Hamburg und K?ln fahren erste Brennstoffzellenbusse im Nahverkehr, um die Luftverschmutzung in St?dten zu reduzieren. Bei den Pkw haben Toyota, Honda und Hyundai erste Serienfahrzeuge entwickelt; Mercedes-Benz will 2018 einen Brennstoffzellen-SUV der GLC-Klasse im Markt einführen.

?Die Brennstoffzelle wird für viele Mobilit?tsformen kommen“, ist Banhardt überzeugt. ?Auch wenn die Technologie nicht vor 2025 in der Breite spürbar sein wird.“ Mit dem Ausbau der Produktion in Weinheim rüstet sich Freudenberg für diese zukünftigen Anforderungen. ?Wir haben einen langen Atem und sind langfristig ausgerichtet“, sagt Banhardt.


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