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Integration in Gewerbe, Industrie, Transportsektor und Privatbereich
Durch den gesteigerten Wettbewerb im Energiesektor und ökologische Steuerungsinstrumente wird es in naher Zukunft zu einer erheblichen Steigerung des Erdgas-Anteils in der Energieversorgung kommen. Vor einem längerfristigen Horizont ist auch der Einsatz von Wasserstoff als gasförmiger Energieträger in der stationären Energieversorgung möglich. Erdgas und Wasserstoff sind, im Gegenteil zu Kohle oder Kernenergie, auch für die dezentrale Erzeugung z.B. in Brennstoffzellen geeignet, die - eine entsprechende Kostenreduzierung vorausgesetzt - Marktanteile gewinnen kann.
U.U. ist es den EVU und GVU unter den veränderten Randbedingungen auch langfristig nicht mehr möglich, die Netzdichte und die Versorgungssicherheit auf dem im internationalen Vergleich sehr hohen deutschen Niveau zu halten . Dies kann indirekt auch auf die Art, Größe und Betriebsform der energetischen Endnutzertechnologien Auswirkungen haben.
Durch die rasch wachsende Motorisierung weiter Teile der Weltbevölkerung (ca. 1,5 Mrd. PKWs in 2025) wird sich zunehmend die Frage nach der Versorgungssicherheit mit Kraftstoff einerseits und nach der Begrenzung von Schadstoff- und Treibhausgasemissionen andererseits stellen.
Wasserstoff und Brennstoffzellen werden hier einen Beitrag zur Problemlösung leisten.
Entwicklung eines Marktes für Wasserstoffanwendungstechniken
Wasserstofftechnologien werden sich in der Energie- und Kraftstoffversorgung nur dann durchsetzen, wenn sich die Kostendifferenz zu konventionellen Technologien und Energieträgern langfristig aufhebt. Gründe dafür können sein ein Anstieg des Preisniveaus durch Verknappung konventioneller Energieträger, Kostenreduktion in der Wasserstofferzeugung und -nutzung, energetische Einsparungen durch effiziente Wasserstoffendnutzertechnologien wie der Brennstoffzelle und/politische Maßnahmen. Nur während der gegenwärtigen Phase der Pilotprojekte werden für eine vergleichbare Energie- oder Mobilitätsdienstleistung höhere spezifische Preise akzeptiert.
Der Einsatz von aus Erdgas gewonnenem Wasserstoff im Verkehrssektor in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb erlaubt im Vergleich zur heutigen direkten verbrennungsmotorischen Erdgasnutzung eine Effizienzsteigerung und eine nochmals deutliche Emissionsreduktion im städtischen Ballungsraum. Durch Flottenanwendungen wird die erforderliche Erfahrung für den kommenden Flächeneinsatz gesammelt.
Der ab 2005 weltweit geplante massenweise Einsatz von kleinen Brennstoffzellen-BHKWs auf PEM-Brennstoffzellenbasis zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung auf der Basis von Erdgas oder Flüssiggas (Propan) wird eine deutliche energetische Effizienzsteigerung (KWK und Reduzierung der Leitungsverluste) bei gleichzeitigen Emissionsvorteilen erbringen. Die Hersteller dieser in Masse hergestellten Produkte (> 100.000/ a) gehen aus von Systeminvestkosten von deutlich unter 800 Euro je kW e ab 2005. Der Einsatz der PEM-BZ im häuslichen und kleingewerblichen Bereich wird beitragen, diese kostenmäßig wettbewerbsfähig zu machen.
Über einen längeren Zeitraum wird H 2 als Nebenprodukt aus chemischen Prozessen ein Potential für die Erprobung von Wasserstoff-Endnutzungstechnologien (Gasturbinen, Brennstoffzellen) in größeren Kraftwerken darstellen können. Bereits heute wird dieser Wasserstoff in Ermangelung besserer Lösungen teilweise in Kombination mit Erdgas in Gasturbinen verstromt. Dieser Einsatz kann eine schrittweise Einführung von Wasserstoff-Endnutzertechnologien größerer Leistungsklassen ermöglichen.
Ein weiterer kurz- bis mittelfristiger Einsatz von Wasserstoff-Endnutzertechnologien ist im Bereich von Inselanwendungen (einige 100 kW e bis einige MW e ) in entlegenen Regionen der Welt zu sehen. Hunderttausende von Standorten weltweit, die über ausgezeichnete Windpotentiale verfügen, sind nicht an das Stromnetz angeschlossen, bzw. verfügen nur über ein lokales Netz, das von Dieselgeneratoren versorgt wird, welche meistens mit subventioniertem Diesel betrieben werden. Hier könnte bei verfügbaren technischen Systemen (Windkonverter, Elektrolyse, H 2 -Speicherung, Brennstoffzelle) kurzfristig Wettbewerbsfähigkeit erreicht werden.
Zeitlicher Horizont der Marktdurchdringung mit Wasserstoff-Endnutzertechnologien
Der Einsatz von häuslichen und kleingewerblichen PEM-BZ-BHKWs zeichnet sich ab 2005 in großem Maßstab weltweit ab. Ersten größeren Anwendungen reiner H 2 -Endnutzertechnologien größerer Leistungsklassen zur Stromerzeugung sind im Bereich der Chemieindustrie für den Einsatz von Nebenproduktwasserstoff möglich, sobald die Kostenziele bei H 2 -tauglichen Brennstoffzellen und Gasturbinen erreicht sind.
Der Einsatz von wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen und Verbrennungsmotoren für Automobile wird sich in den nächsten Jahren (ab 2004) beginnend in Flottenfahrzeugen (z. B. Stadtbusse, Lieferfahrzeuge, Executive PKWs) ab 2010 langsam in den Massenmarkt hinein entwickeln. Die Vorteile von H 2 (speicherbar, transportierbar, saubere Umwandlung) kommen hier am deutlichsten zum Tragen und werden am dringendsten benötigt. Außerdem lässt sich mit der Anwendung von Wasserstoff im Verkehrssektor schneller die Wettbewerbsfähigkeit erreichen als im stationären Sektor gegen das preiswerte Erdgas.
Die Rückverstromung von H 2 macht insbesondere in Inselnetzen Sinn (z.B. Back-up Systeme, nicht ausgebaute Netzinfrastruktur) sowie bei einer sehr starken Strompreisspreizung zwischen Spitzen- und Schwachlastzeiten (wie z.B. gegenwärtig in den USA absehbar) bzw. zwischen Großmarktpreis und Endnutzerpreis bei schwacher Vernetzung (wie z.B. in einigen Schwellenländern).
Nutzer-/ Kundengruppen für den Einsatz von Wasserstoff-Endnutzertechnologien
Das Spektrum der möglichen Kundengruppen wird sich mit fortschreitender Reife und Wettbewerbsfähigkeit der Wasserstofftechnologien rasch erweitern und langfristig alle energetischen Anwendungsbereiche erfassen.
Stationärer Einsatz:
- Brennstoffzellen-BHKWs (einige kW e bis einige 100 kW e ) im häuslichen und kleingewerblichen Bereich
- Brennstoffzellen- und Gasturbinensysteme (einige 100 kWe bis einige 10 MWe) bei industriellen Nutzern, die über Nebenprodukt-H 2 verfügen.
- Brennstoffzellen- und Gasturbinensysteme (einige MWe bis einige 100 MW e ) im EVU-Sektor, auch in Kombination von beiden (zuerst mit Erdgas, später mit H 2 )
- Privat betriebene Inselsysteme zur kontinuierlich gesicherten Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen (Wind, Kleinwasserkraft, PV). Neben der damit verbundenen Wiederverstromung des H 2 über Brennstoffzellen evtl. auch Nutzung des H 2 zur lokalen Kraftstoffversorgung
- Privat betriebene Lastregelungsanlagen im Netzverbund (Elektrolyse, H 2 -Speicherung, Wiederverstromung)
- USV oder Notstromversorgung mit Wasserstoff-Brennstoffzellen
Mobiler Einsatz:
- Betrieb und Versorgung (vor Ort Elektrolyse, Reformer) von Betankungseinrichtungen (LH 2 -Betankung, CGH 2 -Betankung, Speicherwechselstationen, etc.) durch Kraftstoffdistributoren (Mineralölfirmen, EVUs, GVUs) und industrielle Anlagenbetreiber
- Betrieb von Flottenfahrzeugen mit verbrennungsmotorischem und brennstoffzellenelektrischem Antrieb (PKWs, Lieferfahrzeuge, Busse, LKWs, etc.) durch Firmen, ÖPNV-Betreiber, EVUs, GVUs
- Betrieb von Individualfahrzeugen mit verbrennungsmotorischem und brennstoffzellenelektrischem Antrieb (PKWs, Lieferfahrzeuge, Motorroller, etc.) durch Einzelkunden
- Betrieb von Flugzeugturbinen mit Wasserstoff.
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Status:
24. Mai 2000
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