Brennstoffzellen-Technologie

Seitens der EU gibt es das Ziel "Green EU 2050", d.h. die EU soll bis 2050 klimaneutral sein. Es geht darum, den Ausstoß von CO₂ zu vermeiden. Ein Ansatz zur Reduktion von Treibhausgasen ist der Einsatz von grünem Wasserstoff, H₂, der klimaneutral in Energie und Wärme gewandelt werden kann. Der Einsatz von grünem Wasserstoff in der Intralogistik könnte somit ein großer Hebel sein, wenn man einen CO₂-Austoß gänzlich vermeiden will. In Kopplung mit weitere logistischen Anwendungen, z. B. einer wasserstoffbetrieben Schwerlast-LKW-Flotte, lassen sich Synergien schaffen und die Betriebskosten stark senken.

Um das Ziel "Green EU" zu erreichen, muss "grüner Wasserstoff" produziert und genutzt werden. Die Farbe des Wasserstoffs bezieht sich dabei auf das Gewinnungsverfahren. Grüner Wasserstoff wird aus nachhaltigen nicht erschöpflichen Energiequellen gewonnen, z.B. durch Nutzung der Energie aus Windkraft oder Photovoltaik.

In Abgrenzung dazu gibt es den heute noch gebräuchlichen "grauen Wasserstoff". Bei der Herstellung von grauem Wasserstoff wird in der Regel Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO₂ umgewandelt (Dampfreformierung). Das CO₂ wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO₂

Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO₂ bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (engl. Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO₂ gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als CO₂-neutral betrachtet werden. Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO₂ entsteht dabei fester Kohlenstoff.

In einer Brennstoffzelle wird der getankte Wasserstoff unter Zuführung von Luftsauerstoff in Wasser umgewandelt. In dieser chemischen Reaktion wird elektrische Energie erzeugt, die zum Antrieb des Fahrzeugs dient.

Im Bereich der Intralogistik ist mit einer Brennstoffzelle immer ein sogenanntes „Battery Replacement Module“ (BRM) gemeint. Dieses Battery Replacement Module ist ein geschlossenes Gesamtsystem und entspricht in Form, Größe und Gewicht jeweils einem bestimmten Batterie-Trog. Innerhalb des BRM sind alle notwendigen Komponenten zur Stromerzeugung enthalten: Brennstoffzellen-Stack (Ort der chemischen Reaktion), Wasserstofftank (350 bar), Tankstutzen, Lithium-Ion-Batterie, Entfeuchter zur Aufnahme des Prozesswassers, Kompressor, Lüfter, Luftfilter, Elektrik und weitere Komponenten.

Brennstoffzellen für intralogistische Anwendungen sind so ausgelegt, dass bis zu einer Schicht durchgefahren werden kann. Jedoch hängt die reale Reichweite vom jeweiligen Kundeneinsatz ab. Der große Vorteil einer Brennstoffzelle liegt in der enorm kurzen Betankungszeit von 2-3 Minuten.

Nein. STILL bietet derzeit die Option „Fuel Cell-ready“ nur ab Werk ab. Eine nachträgliche Umrüstung bestehender Fahrzeuge ist nicht möglich.

Der benötigte Wasserstoff ist vergleichbar mit dem Diesel-Kraftstoff bei verbrennungsmotorischen Gabelstaplern. Jedoch unterscheidet sich Wasserstoff hinsichtlich der Erzeugung, des Transports, der Lagerung und der nötigen Sicherheitsvorkehrungen. Die Infrastruktur kann variieren - in Abhängigkeit ob der Wasserstoff auf dem Betriebsgelände per Elektrolyse selbst erzeugt oder per Trailer angeliefert werden soll. Mögliche Komponenten sind somit:

• Wasserstoff-Trailer, wenn H₂ angeliefert wird
• Wasserstoff-Elektrolyseur, wenn H₂ selber produziert wird, z.B. mittels Windkraft oder Photovoltaik
• Hochdruck-Verdichter
• Hochdruck-Zwischenspeicher
• Pipeline-System
• Dispenser (Zapfsäule für H₂-Betankung)

Für den Betrieb, die Betankung und die Lagerung einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellen-betriebenen Fahrzeugs in Verbindung mit einer Wasserstoff-Infrastruktur müssen nationale und/oder regionale Gesetze/Regularien beachtet werden. Ortsabhängig sollten bei der Planung und dem Aufbau lokale Aufsichtsbehörden, Feuerwehr und Versicherungen einbezogen werden. Für die Errichtung der Wasserstoff-Infrastruktur gibt es Fachplaner und Bausachverständige, die beratend zur Seite stehen können.

Es gibt unterschiedliche Institutionen die Fördergelder bereitstellen, u.a.:

• Europa:
  • Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking, Funding & Financing | www.fch.europa.eu
• Deutschland:
  • Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NIP)
    www.now-gmbh.de/de/bundesfoerderung-wasserstoff-und-brennstoffzelle
  • Projektträger Jülich: https://www.ptj.de/projektfoerderung
  • Regionale Förderprogramme via Landesregierungen
• Frankreich:
  • ADEME (Agence de la Transition Écologique)
    Climate change - ecological, energy transition - ADEME

Die Förderprogramme werden zeitlich begrenzt und mit einem fest definierten Budget aufgesetzt. In der Regel muss sich ein Interessent per Förderantrag auf das Förderbudget bewerben und konkurriert mit anderen Bewerbern. Im Fokus steht dabei das Volumen der CO₂ Einsparung. Je höher die Einsparungen sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer positiven Förderrückmeldung.

Je nach Förderprogramm unterschiedlich.
Der Förderaufruf der NOW GmbH (2020) hatte z.B. ein Volumen von 5 Mio. EUR. Förderfähig waren Flurförderzeuge mit Wasserstoffantrieb im Umfang von 40% der Investitionsmehrkosten im Vergleich zum "normalen" Fahrzeug.
Für das Jahr 2021 ist der 3. Förderaufruf des NIP ebenfalls mit der Förderquote von 40% der Investitionsmehrkosten geplant. Neben den Flurförderzeugen wird auch wieder die notwendige Wasserstoff-Infrastruktur gefördert. Eine aktuelle Übersicht der Förderaufrufe finden Sie hier: Förderaufrufe - NOW GmbH.

Beispiel zur Errechnung des Förderbetrags: