Quelle:afdc.energy.gov
Wasserstoff (H2) ist ein alternativer Kraftstoff, der aus diversen heimischen Ressourcen hergestellt werden kann. Obwohl der Markt für Wasserstoff als Transportkraftstoff noch in den Kinderschuhen steckt, arbeiten Regierung und Industrie an einer sauberen, wirtschaftlichen und sicheren Wasserstoffproduktion und -verteilung für den weit verbreiteten Einsatz in Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs). Leichte FCEVs sind jetzt in begrenzten Mengen für den Verbrauchermarkt in lokalisierten Regionen im Inland und auf der ganzen Welt erhältlich. Der Markt entwickelt sich auch für Busse, Flurförderzeuge (z. B. Gabelstapler), Bodengeräte, mittelschwere und schwere Lkw, Seeschiffe und stationäre Anwendungen. Weitere Informationen finden Sie unter Kraftstoffeigenschaften und im Wasserstoffanalyse-Ressourcenzentrum.
Wasserstoff ist in unserer Umwelt reichlich vorhanden. Es wird in Wasser (H2O), Kohlenwasserstoffen (wie Methan, CH4) und anderen organischen Stoffen gespeichert. Eine Herausforderung bei der Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff besteht darin, ihn effizient aus diesen Verbindungen zu extrahieren.
Derzeit macht die Dampfreformierung – die Kombination von Hochtemperaturdampf mit Erdgas zur Gewinnung von Wasserstoff – den größten Teil des in den Vereinigten Staaten produzierten Wasserstoffs aus. Wasserstoff kann auch durch Elektrolyse aus Wasser hergestellt werden. Dies ist energieintensiver, kann aber mit erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne erfolgen und die schädlichen Emissionen vermeiden, die mit anderen Arten der Energieerzeugung verbunden sind.
Fast der gesamte Wasserstoff, der jedes Jahr in den Vereinigten Staaten produziert wird, wird für die Raffination von Erdöl, die Behandlung von Metallen, die Herstellung von Düngemitteln und die Verarbeitung von Lebensmitteln verwendet.
Obwohl die Produktion von Wasserstoff Emissionen erzeugen kann, die die Luftqualität beeinträchtigen, gibt ein FCEV, das mit Wasserstoff betrieben wird, je nach Quelle nur Wasserdampf und warme Luft als Abgase ab und gilt als emissionsfreies Fahrzeug. Große Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen zielen darauf ab, diese Fahrzeuge und ihre Infrastruktur für den breiten Einsatz praxistauglich zu machen. Dies hat zur Einführung von leichten Serienfahrzeugen für Einzelhandelskunden sowie zur anfänglichen Implementierung von mittelschweren und schweren Bussen und Lastwagen in Kalifornien und zur Flottenverfügbarkeit in nordöstlichen Bundesstaaten geführt.
Erfahren Sie mehr über Wasserstoff und Brennstoffzellen im Büro für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien.
Wasserstoff als alternativer Kraftstoff
Wasserstoff wird gemäß dem Energy Policy Act von 1992 als alternativer Kraftstoff betrachtet. Das Interesse an Wasserstoff als alternativem Transportkraftstoff ergibt sich aus seiner Fähigkeit, Brennstoffzellen in emissionsfreien Fahrzeugen anzutreiben, seinem Potenzial für die heimische Produktion und der schnellen Befüllzeit der Brennstoffzelle und hohe Effizienz. Tatsächlich ist eine mit einem Elektromotor gekoppelte Brennstoffzelle zwei- bis dreimal effizienter als ein Verbrennungsmotor, der mit Benzin betrieben wird. Wasserstoff kann auch als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren dienen. Im Gegensatz zu FCEV erzeugen diese jedoch Auspuffemissionen und sind weniger effizient. Erfahren Sie mehr über Brennstoffzellen.
Die Energie in 2,2 Pfund (1 Kilogramm) Wasserstoffgas ist ungefähr die gleiche wie die Energie in 1 Gallone (6,2 Pfund, 2,8 Kilogramm) Benzin. Da Wasserstoff eine geringe volumetrische Energiedichte hat, wird er als komprimiertes Gas an Bord eines Fahrzeugs gespeichert, um die Reichweite herkömmlicher Fahrzeuge zu erreichen. Die meisten aktuellen Anwendungen verwenden Hochdrucktanks, die Wasserstoff mit entweder 5,000 oder 10,000 Pfund pro Quadratzoll (psi) speichern können. Zum Beispiel haben die FCEVs, die von Automobilherstellern produziert werden und bei Händlern erhältlich sind, 10 000 psi-Tanks. Einzelhandelszapfsäulen, die sich meist an Tankstellen befinden, können diese Tanks in etwa 5 Minuten füllen. Brennstoffzellen-Elektrobusse verwenden derzeit 5,000 psi-Tanks, deren Befüllung 10–15 Minuten dauert. Andere Möglichkeiten zur Speicherung von Wasserstoff werden derzeit entwickelt, einschließlich der chemischen Bindung von Wasserstoff an ein Material wie Metallhydrid oder Niedertemperatur-Sorptionsmaterialien. Erfahren Sie mehr über die Wasserstoffspeicherung.
Daten von Wasserstofftankstellen im Einzelhandel, die vom National Renewable Energy Laboratory gesammelt und analysiert wurden, zeigen, dass die durchschnittliche Zeit, die zum Betanken eines FCEV aufgewendet wird, weniger als 4 Minuten beträgt.
Kalifornien ist landesweit führend beim Bau von Wasserstofftankstellen für FCEVs. Mitte -2021 waren 47 Wasserstoff-Einzelhandelstankstellen in Kalifornien sowie eine auf Hawaii für die Öffentlichkeit zugänglich, und 55 weitere befanden sich in Kalifornien in verschiedenen Bau- oder Planungsstadien. Diese Stationen bedienen über 8.000 FCEVs. Kalifornien stellt über sein Clean Transportation Program weiterhin Mittel für den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur bereit. Die California Energy Commission ist berechtigt, bis 2023 bis zu 20 Millionen US-Dollar pro Jahr bereitzustellen und investiert in zunächst 100 öffentliche Tankstellen, um diese emissionsfreien Fahrzeuge zu unterstützen und zu fördern. Darüber hinaus sind 14 Einzelhandelsstationen in den nordöstlichen Bundesstaaten geplant, von denen einige bereits Flottenkunden bedienen.
Fahrzeughersteller bieten FCEVs nur Verbrauchern an, die in Regionen leben, in denen Wasserstofftankstellen vorhanden sind. Stationen außerhalb des Einzelhandels in Kalifornien und im ganzen Land bedienen auch weiterhin FCEV-Flotten, einschließlich Busse. Mehrere Vertriebszentren verwenden Wasserstoff, um Materialtransportfahrzeuge in ihrem normalen Betrieb zu betanken. Darüber hinaus wurden mehrere Ankündigungen bezüglich der Produktion von Schwerlastfahrzeugen, wie z. B. Linienlastwagen, gemacht, die Tankstellen mit viel höheren Kapazitäten als bestehende Tankstellen für leichte Nutzfahrzeuge erfordern werden. Finden Sie Wasserstofftankstellen in den Vereinigten Staaten.
