Die im Wasserstoff gespeicherte Energie kann in Kombination mit Sauerstoff elektrochemisch in einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Diese kann anschließend für die Versorgung eines E-Antriebsstrangs verwendet werden. Als Reaktionsprodukt fällt dabei Reinstwasser an. Unter den unterschiedlichen Brennstoffzellenarten wird die Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (NTPEMFC) aktuell vorrangig in mobilen Antriebssystemen eingesetzt und steht im Fokus der Forschung und Entwicklung. Ebenso kann der Wasserstoff mit Luft in einem Verbrennungsmotor zur Erzeugung kinetischer Energie eingesetzt werden.
Beide Verwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff als Treibstoff für mobile Antriebssysteme benötigen ähnlich wie herkömmliche Verbrennungsmotoren auch ein System aus Peripheriekomponenten, welche die Gase fördern, aufbereiten und konditionieren. Regelsysteme und entsprechende Sensorik ermöglichen einen stabilen Systembetrieb. Der Transformations-Hub cH2ance unterstützt im Wesentlichen den Markthochlauf von brennstoffzellenelektrischen Antrieben.
Die folgende Tabelle zeigt an den ausgewählten Beispielen H2-ICE und Brennstoffzellenantrieb welche Vor- und Nachteile die jeweilige Technologie mit sich bringt.
| Wasserstoff-ICE | Brennstoffzellen-Antrieb: (PEMFC) | |
|---|---|---|
| Vorteile | - Reinheit vom Wasserstoff ist sekundär - Zurückgreifen auf Aufbau und Komponenten von konventionellen ICEs möglich | - Wirkungsgrad von 50-70 % einer PEMFC - niedrige Betriebstemperatur (60-80 °C) günstig für mobile Anwendungen - Wertschöpfungspotenzial durch hohe Vielzahl an Peripheriekomponenten - Rekuperation in elekr. Energiespeicher |
| Nachteile | - kein Zero-Emission Antrieb (geringe Bildungvon NOx, HxCy und CO) - Wirkungsgrad von 27-45 % - Geräuschemissionen - Anpassung der Motorkomponenten an Betriebsbedingungen | - Wasserstoff- und Luftreinheit für Alterung (Degradation) der FC entscheidend |
Das konventionelle ICE- und FC-Antriebssystem sind sich ähnlich. Jeweils muss ein Brenn- bzw. Reaktionsmedium mit Fördereinheiten (z.B. Pumpen und Verdichter) zugeführt werden, ein Thermomanagement (Kühlkreislauf), speziell mit nicht leitfähigem Kühlmittel bei der FC, verfahrenstechnische Komponenten, wie Sensorik, sowie Filter, Ventile und Regler werden benötigt. Beim batterieelektrischen Antrieb (BEV) ist kein Energiewandlersystem verbaut, sondern es wird ein elektrischer Energiespeicher mit hoher Kapazität und weniger Peripheriekomponenten verwendet.
Verbrennungsmotorischer Antrieb (ICE)
1. Motorblock
2. Getriebe
3. Akkumulator
4. Kraftstofftank
5. Kupplung
6. Wärmetauscher
7. Temperatur-, Druck-, Durchflusssensorik
8. Bordnetz
9. Antriebswellen
10. Einspritzdüsen
11. Ventiltechnik
12. Kühlmittelpumpe
13. Kühlmittelbehälter
14. Kraftstoffpumpe
15. Turboverdichter
16. Luftfilter
17. Abgastrakt
18. Kraftstofffilter
19. Medienleitungen
20. Mechanische Verbindung
Brennstoffzellenelektrischer Antrieb (FC)
1. Brennstoffzellenstack
2. Getriebe
3. Elektr. Energiespeicher
4. Wasserstofftank
5. Elektromotor
6. Wärmetauscher
7. Temperatur-, Druck-,
Durchflusssensorik
8. Leistungselektronik und Bordnetz
9. Antriebswellen
10. passive Ejektordüse/
Rezirkulationspumpe
11. Ventiltechnik
12. Kühlmittelpumpe
13. Kühlmittelbehälter
14. Luftverdichter
15. Luftfilter
16. Wasserabscheider
17. Purge-Ventil
18. Luftbefeuchter
19. KM-Ionentauscher
20. Medienleitungen
21. Mechanische Verbindung
22. Elektrische Leitungen
Die hohe Anzahl der ähnlichen Peripheriekomponenten eines ICE und FC-Antriebsstrangs vereinfacht im Gegensatz zu BEV‘s der Automobil- und Zulieferindustrie ihre Kompetenzen in Bauteilfertigungs- und Verfahrenstechnik in die neue Antriebstechnologie zu übertragen und bestehende Komponenten auf neue Parameter anzupassen.
