Von Nick Buccheri, President, Americas, Discrete Automation bei Emerson
Das Streben nach Dekarbonisierung führt zu tiefgreifenden Veränderungen im Transportwesen und bringt die Branche an den Rand einer monumentalen Transformation.
Der zweistufige Druckreduzierregler der Serie TESCOM HV-3500 ist speziell für den Einsatz an Bord von industriellen und kommerziellen Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen konzipiert. Mit dem HV-3500 können Hersteller die Kraftstoffeffizienz maximieren und ihre Flotten über längere Strecken auf der Straße halten. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Emerson)
Die Bewältigung und Verhinderung der extremsten Auswirkungen des Klimawandels ist heute eine zentrale Strategie für Regierungen und Industrien weltweit. Die Einführung von Gesetzen, die ehrgeizige Netto-Null-CO2-Emissionsziele vorsehen, hat jeden Sektor, einschließlich des Transportwesens, dazu veranlasst, nach innovativen Dekarbonisierungsmethoden zu suchen.
Der Transportsektor trägt derzeit zu 29 % der gesamten Treibhausgasemissionen in den USA bei und bietet eine erhebliche Chance, seinen CO2-Fußabdruck durch energieeffiziente, emissionsarme Technologie zu verringern.
Die bloße Begrenzung oder Erfassung der Kohlenstoffemissionen von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeugen wird auf lange Sicht nicht ausreichen. Das ultimative Ziel für erhebliche Fortschritte in der Industrie und das Erreichen der Netto-Null-Ziele ist klar: Alle Fahrzeuge sollten Energie ohne CO2-Emissionen erzeugen und übertragen.
Unternehmen im gesamten Transportspektrum investieren in verschiedene CO2-freie Energielösungen und sind sich bewusst, dass es keinen einheitlichen Ansatz zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen gibt. Obwohl batterieelektrische Fahrzeuge ein schnelles Wachstum verzeichnen, können sie diese Herausforderung allein nicht bewältigen. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge schließen die Leistungslücken.
Fortschritte bei CO2-freien Fahrzeugen
Staatliche Vorschriften, begleitet von etablierter Netto-Null-Technologie, treiben die Umstellung von fossilen Brennstoffen auf kohlenstofffreie Energiequellen stufenweise voran. Die Nutzung mehrerer Technologiewege, von der Verbesserung der Effizienz von Verbrennungsmotoren bis hin zur Förderung der Einführung batterieelektrischer Fahrzeuge durch Anreize, unterstützt Investitionen in das Potenzial von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs).
Lösungen wie der Entlüftungsdruckregler der Serie TESCOM 26-2000 sind darauf ausgelegt, eine sichere, zuverlässige und präzise Prozesssteuerung in der Wasserstoffindustrie zu ermöglichen. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Emerson)
Batterieelektrische Fahrzeuge haben in den letzten 15 bis 20 Jahren ein rasantes Wachstum erlebt. Obwohl sie die Effizienz der Batteriespeicherung und des Energieverbrauchs verbessern, sind sie nach wie vor am besten für kurze Distanzen geeignet. Aufgrund ihrer begrenzten Kilometerleistung zwischen den Ladevorgängen sind sie für die im gewerblichen Lkw-Verkehr typischen Langstreckenfahrten ungeeignet. Bei einem batteriebetriebenen Fernverkehrs-Lkw kann es aufgrund des Gewichts der Hochleistungsbatterie zu Schwierigkeiten kommen, entweder die gleiche Ladung zu transportieren oder häufigere Ladestopps zu erfordern.
Nutzung vorhandener Infrastruktur
Die bestehende industrielle und technologische Infrastruktur kann den Übergang zur Dekarbonisierung erleichtern. Die Anpassung bestehender Verbrennungsmotorentechnologie für die Wasserstoffverbrennung stellt eine Alternative für bestimmte Anwendungen dar, beispielsweise für schwere Maschinen, die hohe Leistungsstöße erfordern.
Trotz Nachteilen wie Emissionen kann die Wasserstoffverbrennung in bestimmten Anwendungen eine praktikable Alternative zur Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie sein. Obwohl bei der Wasserstoffverbrennung keine Kohlendioxidemissionen (CO2) entstehen, entstehen bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Stickstoffgas (N2) Lachgasemissionen (NOx). Der Wirkungsgrad von Wasserstoff-Brennstoffzellen liegt jedoch in der Regel bei über 50 %, während die Wasserstoffverbrennung einen Wirkungsgrad von 25–30 % ergibt.
Kritische Faktoren bei der Dekarbonisierung
Beim Vergleich von Wasserstoff-Brennstoffzellen mit Batteriespeichern spielt das Gewicht eine entscheidende Rolle, insbesondere im Güterfernverkehr. Bei gleichwertiger Energiespeicherung sind Wasserstoff-Brennstoffzellen leichter als Batterien, sodass mit Wasserstoff-Brennstoffzellen ausgestattete Lkw eine ähnliche Tonnage transportieren können wie Diesel-Lkw. Wasserstofftanks tanken viel schneller als das Aufladen von LKW-Batterien und maximieren so die Fahrzeit auf Langstreckenstrecken.
Vielzahl von Optionen
Unterstützt durch staatliche Initiativen und globale Projekte ist die Wasserstoffindustrie auf einem raschen Wachstumskurs.
Nutzfahrzeuge
Die Wasserstofftechnologie in Fernverkehrs-Lkw bietet eine bedeutende Chance zur Dekarbonisierung eines wichtigen Transportsegments. Wasserstoffbetriebene Lkw bieten im Vergleich zu batterieelektrischen Lkw kürzere Betankungszeiten und längere Fahrtstrecken zwischen den Haltestellen. Beispielsweise hat eine in der Schweiz ansässige Flotte wasserstoffbetriebener Lastkraftwagen seit 2020 über 3 Millionen Meilen zurückgelegt. Auch große Konsumgüterunternehmen testen wasserstoffbetriebene Sattelschlepper als Ersatz für ihre Dieselflotten.
Öffentliche Verkehrsmittel
Weitere Anwendungen von Wasserstoff-Brennstoffzellen werden im öffentlichen Verkehr erforscht, wie beispielsweise die Stadt New York, die einen Zuschuss für ihre ersten beiden Brennstoffzellenbusse und die Unterstützung von Tankstellen erhält. Diese Busse werden voraussichtlich bis Ende 2024 Passagiere befördern.
Züge
Durch die Integration von Wasserstoff-Brennstoffzellengeneratoren in Personenzüge können dieselelektrische Lokomotiven ersetzt werden. Diese Züge werden ausreichend Wasserstoff für Langstreckenfahrten transportieren, was eine räumliche Distanzierung der Wasserstofftankinfrastruktur ermöglicht und den Übergang zur Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie erleichtert.
„Hydrarail“, das an Bord Wasserstoff als Treibstoff nutzt, wurde bereits eingeführt. In Deutschland legte ein Personenzug mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb im Jahr 2018 1.175 Kilometer zurück, ohne seinen Wasserstofftank aufzutanken.
Einen grüneren Kurs einschlagen
Sich ausschließlich auf eine Technologie zu verlassen, birgt die Gefahr, den Übergang zu einer emissionsfreien Zukunft im Transportwesen zu verlangsamen. Sowohl grüne Wasserstoff-Brennstoffzellen- als auch batterieelektrische Fahrzeugtechnologien versprechen, die Treibhausgasemissionen des Sektors erheblich zu reduzieren. Anstelle eines „Entweder/Oder“-Szenarios liegt die Zukunft in der Einführung beider Technologien aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile, die für verschiedene Transportsegmente geeignet sind.
Obwohl grüner Wasserstoff noch nicht so weit entwickelt ist wie die batterieelektrische Technologie, weist er doch Potenzial für die Erfüllung wichtiger Transportbedürfnisse auf. Mit strategischen Investitionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette kann die Wasserstoffindustrie ihre Technologien und Infrastruktur effizient ausbauen und uns so der von uns angestrebten CO2-freien Zukunft näher bringen.