Wasserstoff

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Ein Element mit Zukunft

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Physikalische Eigenschaften von

Wasserstoff

Wasserstoff ist das häufigste che-

mische Element im Universum. Er

ist, wie der Name nahelegt, Be-

standteil des Wassers und kommt

in gebundener Form in sämtlichen

lebenden Organismen vor.

Wasserstoff ist das Element mit der

geringsten Dichte. Ein Wasserstoff-

molekül trägt die Bezeichnung H2,

ein Molekül besteht also jeweils aus

zwei Wasserstoffatomen. Es ist

etwa 14,4-mal leichter als Luft.

Wie wird Wasserstoff als

Antriebsenergie gespeichert?

Unterschiedliche Speichermethoden

werden entsprechend spezifischer

Anforderungen der Fahrzeuge (etwa

Pkw-, Bus- oder Schiffsantrieb) ein-

gesetzt: gasförmig in Druckbehältern,

flüssig in vakuumisolierten Behältern,

in Metallhydriden oder in Kohlen stoff-

Nanoröhren.

Drucktanks aus karbonverstärktem

Kunststoff entsprechen allen Sicher-

heitsanforderungen der Fahrzeugher-

steller und sind vom TÜV zugelassen.

Woher kommt der Name

„Wasserstoff“?

Das chemische Element wurde von

dem Franzosen Antoine Lavoisier

so benannt, weil Wasserstoff bei

seiner Verbrennung zu Wasser

wird. Das lateinische Wort „Hydro-

genium“ heißt „Wassererzeuger“.

Deshalb hat man Wasserstoff das

Symbol H gegeben.

Wie funktioniert ein Brennstoff-

zellenfahrzeug?

Brennstoffzellenfahrzeuge haben

Elektroantriebe, bei denen die

elektrische Energie aus Wasser-

stoff durch eine Brennstoffzelle er-

zeugt und in Elektromotoren direkt

in Bewegung umgesetzt wird. Oft

wird ergänzend elektrische Energie

in einer Traktionsbatterie zwischen-

gespeichert. Dieser zusätzliche

Speicher ermöglicht zum einen die

Energierückführung (Rekuperation),

zum anderen entlastet er die Brenn-

stoffzelle von der häufigen Bean-

spruchung durch Lastwechsel.

Unsere Gesellschaft sieht sich heute einer doppelten Herausforderung gegenüber: Deckung des immer weiter steigenden Energiebedarfs und Schutz der Umwelt.

Deckung des Energiebedarfs und

Schutz der Umwelt – in diesem Zu-

sammenhang ist der Zugang zu

nachhaltiger Mobilität ein wesentli-

cher Aspekt, wenn es da rum geht,

Treibhausgasemissionen zu senken,

die Luftverschmutzung in unseren

Städten zu verringern und unsere

Abhängigkeit von erdöl basier ten

Treibstoffen zu durchbrechen.

In Brennstoffzellen eingesetzt, ver-

bindet sich Wasserstoff mit dem in

der Luft enthaltenen Sauerstoff, um

Elektrizität zu erzeugen, wobei als

Emission lediglich Wasser anfällt.

Wasserstoff kann aus verschie-

densten Energiequellen gewonnen

werden, insbesondere aus Erdgas,

aber auch aus erneuerbaren Ener-

giequellen. Was die Bereitstellung

sauberer Energie und Versorgungs-

zuverlässigkeit betrifft, hat Wasser-

stoff demnach großes Potenzial.

Air Liquide engagiert sich in der ge-

samten Wasserstoffenergiekette:

Produktion, Distribution, Hochdruck-

speicherung, Brennstoffzellen und

Wasserstofftankstellen.

Als Weltmarktführer bei Gasen,

Technologien und Serviceleistungen

für Industrie und Gesundheit ist es

Absicht von Air Liquide, möglichst

vielen Menschen den Zugang zu

sauberer und erneuerbarer Energie

zu erleichtern.

Im Rahmen seiner Initiative „Blue

Hydrogen“ hat Air Liquide sich ver-

pflichtet, bis 2020 mindestens 50 %

seines für Energieanwendungen

bestimmten Wasserstoffs ohne

Freisetzung von Kohlendioxid (CO2)

zu erzeugen, und zwar durch ein

Zusammenspiel von:

• Biogas-Reformierung

• Nutzung erneuerbarer Energien

durch Wasser-Elektrolyse

• Technologien zur Rückgewinnung

und Einlagerung von CO2 während

des auf Erdgas basierenden

H2-Erzeugungsprozesses

Das häufigste Element im Universum

Wasserstoff (H2): die Eigen-

schaften auf einen Blick

Wasserstoff ist ein farbloses, brenn-

bares, geruchloses Gas. Es ist sehr

viel leichter als Luft. H2 ist weder

giftig oder krebserregend noch

umweltschädlich.

Allgemeine Informationen zur Anwendung von Wasserstoff (H2)

Wesentliche Eigenschaften brennbar, sehr viel leichter als Luft

Nachweis Detektor für brennbare Gase, Prüfröhrchen

Kennzeichnung der Flaschen rote Schulter, Aufkleber mit Produktbezeichnung

Ventilanschluss nach DIN 477 Nr. 1: W 21,80 x 1/14" LH / 300 bar: Teil 5: M 30 x 1,5 mm LH Nr. 57

Werkstoffe DIN EN ISO 11114 Flaschen und Ventile: alle üblichen Werkstoffe

normalisierte/vergütete Stähle nur unter Beachtung der geforderten

maximalen Festigkeitswerte; Gefahr von Wasserstoffversprödung

Dichtungen: PCTFE PVDF, PA, PE, llR, NBR, CR, FKM, EPDM

ADR-Klasse und UN-Nr. Klasse 2 UN Nr. 1049

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Zündbereich 4,0-77 Vol.%

Zündtemperatur 560 °C

2 H2+O2 --> 2 H2O

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Produktion und Distribution

Auf der Erde kommt Wasserstoff

(fast) ausschließlich in gebundener

Form vor. Ungebunden nimmt er

in der Atmosphäre mit 0,5 ppm

(entspricht 0,00005 %) einen prak-

tisch zu vernachlässigenden Anteil

ein. Wasserstoff kann unter Einsatz

von Energie aus wasserstoffhaltigen

Verbindungen, wie zum Beispiel

Wasser und Kohlenwasserstoffen,

gewonnen werden.

Wasserstoff ist vielseitig verwend-

bar: Neben einem breiten Spekt-

rum chemischer und industrieller

Prozesse gewinnen energetische

Anwendungen zunehmend an Be-

deutung. Wasserstoff als Energie-

träger ist eine vielversprechende

Alternative, insbesondere in Verbin-

dung mit erneuerbaren Energien,

und bietet sich für vielseitige An-

wendungsbereiche an.

Klassische Anwendungsbereiche

Der bedeutendste Wasserstoff-

anwender ist die chemische und

petrochemische Industrie, die

Wasserstoff als Rohstoff für eine

Vielzahl von Synthesen und Hydrier-

Reaktionen benötigt.

Metallurgie: Schutzgas bei der

Wärmebehandlung

Glasindustrie: Bei der Herstellung

(Floatglas, Quarzglas) und Bearbei-

tung (Feuerpolieren)

Lebensmitteltechnik: Zum Hydrie-

ren von Fettsäuren, Härten von

Margarine und bei der Produktion

von Zuckeraustauschstoffen

Lichttechnik: Bei der Herstellung

von Leuchtmitteln und Lichtwellen-

leitern

Schweißen und Schneiden: Als

Formier- sowie als Schutz- und

Brenngas

Elektronik: Schutzgas bei der Her-

stellung von Bauelementen und

Halbleitern

Energietechnik: Kühlgas für Ge-

neratoren in Kraftwerken

Air Liquide hat das Potenzial von

Wasserstoff erkannt und entwickelt

innovative Lösungen für Produktion,

Speicherung, Distribution und An-

wendungstechnologien.

Produktion

Weltweit werden jährlich über

650 Mrd. m³ Wasserstoff produ-

ziert. Größter Erzeuger ist die che-

mische Industrie, die Wasserstoff

als Neben- oder Koppelprodukt

herstellt und direkt vor Ort wieder

einsetzt. Treibende Kraft für den

inzwischen stark gestiegenen Ver-

brauch ist die Mineralölindustrie.

Grund sind verschärfte Normen für

die Entschwefelung von Kraftstoffen

sowie höhere Verkaufserlöse für

Benzin und Diesel im Vergleich zu

Bitumen. Das derzeit wirtschaft-

lichste Verfahren zur gezielten

Wasserstoffherstellung ist die

Dampfreformierung von Erdgas:

Wasserdampf und Erdgas werden

erhitzt und mithilfe eines Katalysa-

tors zu Wasserstoff und Kohlendi-

oxid umgesetzt. Der sogenannte

Handelswasserstoff

stammt vorzugs-

weise aus

der Dampf-

reformierung

oder aus der

Chlor- Alkali-

Elektro lyse, bei

der Wasserstoff als

Nebenprodukt anfällt.

Air Liquide ist mit einer Produk-

tionskapazität von über 1 Mio. m³/h,

die dem Bedarf entsprechend

weiter ausgebaut wird, weltweit

führend bei der Erzeugung von

Wasserstoff. Alternative Verfahren

zur Wasserstoff erzeugung decken

zurzeit nur einen geringen Teil der

erforderlichen Mengen. Aktuell wer-

den etwa 96 % des Wasserstoffs

aus Erdgas oder Kohle hergestellt.

So ist die Elektrolyse von Wasser

aufgrund des hohen Energiebe-

darfs nur dort wirtschaftlich, wo

Strom extrem kostengünstig be-

reitgestellt werden kann oder

Energieüberschüsse, zum Beispiel

aus Windparks oder Wasserkraft-

werken, anfallen.

Distribution

Wasserstoff kann gasförmig oder

flüssig transportiert und gelagert

werden. Die Lieferform wird auf die

spezifischen Anforderungen und

die örtlichen Gegebenheiten ab-

gestimmt. Großkunden mit hohen

Abnahmemengen werden über

Pipeline oder On-site-Anlagen ver-

sorgt. Weltweit betreibt Air Liquide

12 Pipelinenetze mit einer Gesamt-

länge von mehr als 1.800 km. In

Deutschland verbindet ein etwa

240 km langes Rohrleitungsnetz

Wasserstofferzeuger und -verbrau-

cher an Rhein und Ruhr. Mittlere

und kleinere Mengen werden per

Trailer – gasförmig oder flüssig –

sowie in Zylindern angeliefert.

Wasserstoff bietet vielfältige Verwendungsmöglichkeiten – ob als chemischer Grundstoff oder als saubere Energie für die Mobilität von morgen.

Derzeit wird Wasserstoff hauptsächlich durch Dampf- reformierung oder Chlor-Alkali-Elektrolyse erzeugt. Seine Distribution erfolgt angepasst an die individuellen Kunden- anforderungen.

Vielseitige Einsatzmöglichkeiten

1

3

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7

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8

11

10

4

2

5

1 Regenerative Energieerzeugung

2 Dampfreformer

3 Elektrolyseur

4 Biogasanlage

5 Abfüllanlage

6 Kundenversorgung

7 Industrieanlage (an Pipeline)

8 Tube-Trailer

9 Lager

10

11

Brennstoffzellenbetriebene Gabelstapler

H2-Tankstelle

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Auf dem Weg zu nachhaltiger

Mobilität

Neben den klassischen Anwen-

dungsgebieten gilt Wasserstoff auch

als Energieträger der Zukunft. Er ist

vielfältig produzierbar, gut speicher-

bar und bei der Umwandlung zu

Strom in einer Brennstoffzelle nahezu

emissionsfrei.

Eine der frühen energetischen An-

wendungen war und ist der Einsatz

von Wasserstoff in der Raumfahrt.

Als Technologieführer ist Air Liquide

seit jeher maßgeblich am europäi-

schen Ariane-Programm beteiligt.

Um den Wasserstoffbedarf für den

Raketenantrieb bereitzustellen, wur-

den in Europa und Übersee leis-

tungsstarke Verflüssigungsanlagen

errichtet. Dieser Flüssig-Wasserstoff

steht auch für andere Märkte und

Anwendungen zur Verfügung. Wei-

tere Potenziale für die energetische

Nutzung ergeben sich aus der Kom-

bination mit den innovativen und

umweltfreundlichen Brennstoffzellen.

Schon heute bietet Strom aus Was-

serstoff und Brennstoffzellen ein

ausgereiftes technisches Konzept

für netzunabhängige Energiean-

wendungen, Reservestromsysteme

und mobile Generatoren – in Zukunft

wird die Leistungsfähigkeit solcher

Systeme weit höhere Kennzahlen

erreichen.

Air Liquide betreibt im Chemiepark

Marl die größte Wasserstoffabfül-

lung Europas. Hier werden jährlich

etwa 15.000 Lkw befüllt. Das Gas

wird in Trailerfahrzeuge mit einem

Inhalt von 3.500 bis 7.500 m³ (bei

200 bar) sowie in Stahlflaschen und

Flaschenbündel (200 und 300 bar)

abgefüllt.

Marl ist außerdem Ausgangspunkt

der rund 240 km langen Wasser-

stoffpipeline, die Air Liquide in Nord-

rhein-Westfalen betreibt. Bei 25 bar

liefert dieser Verbund 40.000 m³

Wasserstoff pro Stunde. Neben der

Versorgung industrieller Großver-

braucher dient dieses Rohrleitungs-

netz als Basis für den

Aufbau einer Was-

ser stoff infra-

struktur.

Wasserstoff – ein Antriebskonzept

mit Zukunft

Direkt an Bord von Fahrzeugen liefert

Wasserstoff mithilfe leistungsfähiger

Brennstoffzellen den Antriebsstrom

für weiter entwickelte Elektro motoren,

die schon heute Reichweiten von

bis zu 700 km erzielen, sodass sie

im Alltag mit konventionellen Fahr-

zeugen absolut vergleichbar sind.

Ohne den Aufbau einer entspre-

chenden Wasserstoffinfrastruktur,

an der sich Air Liquide aktiv beteiligt,

ist eine breite Einführung dieser

Fahrzeuge jedoch nicht möglich.

Weltweit hat Air Liquide schon mehr

als 50 Tankstellenprojekte realisiert.

Wasserstoff tanken leicht gemacht

In Deutschland hat Air Liquide be-

reits Wasserstofftankstellen in Berlin,

Düsseldorf, Bottrop, Herten und

Karlsruhe errichtet. Aufgetankt wer-

den hier sowohl kleinere Busse als

auch Pkw.

In Düsseldorf hat Air Liquide die

erste öffentliche Wasserstofftank-

stelle (Ausstattung mit 350 und 700

bar) für Pkw in Nordrhein-Westfalen

errichtet – ein Leuchtturmprojekt der

Clean Energy Partnership (CEP),

mit dem die Alltags tauglichkeit von

Wasserstoff erprobt werden soll.

Air Liquide bringt in diese Partner-

schaft seit 2011 seine mehr als

40-jährige Erfahrung bei der Herstel-

lung und Distribution von Wasserstoff

ein und engagiert sich beim Aufbau

einer tragfähigen Wasserstoffinfra-

struktur. Mit der wachsenden Nut-

zung regenerativer Energien bieten

sich beste Möglichkeiten, Wasser-

stoff verstärkt aus diesen Quellen

zu gewinnen und damit nach und

nach eine klimaneutrale Mobilität

zu erreichen.

Air Liquide wird die Entwicklung

und Umsetzung der Nutzung

von Wasserstoff für umwelt-

freundliche Mobilität weiter voran-

treiben. Die Marke „Blue Hydrogen“

steht sinnbildlich für die strategische

Ausrichtung des Konzerns.

Bis 2015 wird der Konzern allein in

Deutschland in zehn weitere Was-

serstofftankstellen investieren.

Für die Zukunft bedarf es neuer Konzepte für eine sichere, klima- und umweltschonende Energieversorgung. Vor allem für den Erhalt unserer Mobilität gewinnt Wasserstoff als spei-cherbarer Energieträger damit zunehmend an Bedeutung.

Nicht nur in der stationären Energieversorgung, sondern vor allem auch in der Mobilität von morgen wird Wasser-stoff eine Schlüsselrolle spielen. Umso wichtiger ist es, die dafür nötige Infrastruktur weiter zu forcieren.

Wasserstoff macht mobil

Ein in Düsseldorf

bietet Besuchern die Möglichkeit,

sich in einer Ausstellung rund um

das Thema Wasserstoff zu infor-

mieren. Nach Vereinbarung werden

Führungen für Gruppen angeboten.

Kontakt: wasserstoff@airliquide.de

H2

WASSERSTOFFINFOCENTER

Seit 2011 ist Air Liquide Mitglied

der Clean Energy Partnership

(CEP) – eines Zusammenschlusses

von 18 führenden Unternehmen.

Die CEP hat es sich zur Aufgabe

gemacht, Was ser stoff als „Kraftstoff

der Zukunft“ zu etablieren.

www.cleanenergypartnership.de

Brennstoffzellen-betriebene Gabelstapler und Pkw tanken Wasserstoff made by Air Liquide

www.airliquide.de 03.14

Als Weltmarktführer bei Gasen, Technologien und Serviceleistungen für Industrie und Gesundheit ist Air Liquide mit mehr als 50.000 Mitarbeitern in 80 Ländern präsent und versorgt mehr als zwei Millionen Kunden und Patienten. Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff stehen seit der Gründung im Jahr 1902 im Zentrum der Aktivitäten des Konzerns. Air Liquide verfolgt das Ziel, durch langfristige Leistung und Verantwortung Branchenführer zu sein.

Kontakt

AIR LIQUIDE Deutschland GmbHHans-Günther-Sohl-Straße 540235 DüsseldorfFon: +49 211 6699-0Fax: +49 211 6699-222wasserstoff@airliquide.dewww.airliquide.de/wasserstoff