HHAASAASEENGINEERINGNGINEERING

Erzeugung und Nutzungvon solarem Wasserstoff und Sauerstoff

Utopie oder Zukunftstechnologie

Ingenieurwissenschaftliches KolloquiumUniversität Siegen 16.11.2006

HHAASAASEENGINEERINGNGINEERING

präsentiert vonFriedrich Haas

HAASENGINEERINGReinhold – Schneider – Str. 18a

79194 GundelfingenPhone: ++49 (0) 761 - 5036490Fax: ++49 (0) 761- 503 649 69

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Primärenergievorkommen weltweit

Erdöl Erdgas Kohle

Naher Osten 90 > 200Afrika 35 100 225Nordamerika 10 10 230Südamerika 40 55 370Asien/Ozeanien 16 45 78/210GUS 27 70 420Europa (ohne Gus) 9 18 100

durchschnittliche statistische Reichweite in Jahren bei gegenw. Förderung und Verbrauch

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Primärenergievorkommen weltweit

durchschnittliche Reichweite in Jahren Erdöl- und Erdgasvorkommen

Naher OstenAfrikaNordamerikaSüdamerikaAsien/OzeanienGUSEuropa (ohne Gus)

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Primärenergieverbrauch nach EnergieträgernDeutschland

Energieträger Anteil %

Mineralöl 36,4Steinkohle 13,4Braunkohle 11,4Naturgas 22,4Kernenergie 12,6Wasser- und Windkraft 1,1Sonstiges 2,6

Quelle: BMWI

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EnergiepreisentwicklungErdöleinfuhrpreise

0

100

200

300

400

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

Jahr

Eur

o / T

onne

Quelle BMWi

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EnergiepreisentwicklungErdgaseinfuhrpreise

0

5

10

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1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

Jahr

Euro

Cent

/ m

3

Quelle BMWi

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EnergiepreisentwicklungSteinkohleeinfuhrpreise

010203040506070

1990 1995 2000 2005

Jahr

Euro

/ To

nne

Quelle BMWi

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Quelle BMWi

Primärenergieverbrauch Deutschland

Primärenergieverbrauch 100 %

Industrie 25 %Verkehr 28 %Haushalte 30 %Gewerbe, Handel, Dienstleistungen 17 %

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CO2 – Ausstoß verschiedener Antriebe

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

SolarerWasserstoff

Diesel Antrieb

Benzin Antrieb

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Globales Primärenergie - Portfolio

0

200

400

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2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

EnergieeinsparungundEffizienzsteigerung

Solarstrom undsolarerWasserstoff

übrige erneuerbareEnergie

Fossile undnukleareEnergieträger

Quelle WBGU

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Bewertung der Ausgangslage:• Steigende Preise• Konfliktbehaftete Energieversorgung

bei knapper werdenden Resourcenund unterschiedliche Interessenlage zwischen Förder- und Nutzerländer

• Trotzdem keine tiefgreifende Wahrnehmung der Ausgangslage

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Weltweite Projekte:

Aufgrund dieser Erkenntnisse werden weltweit Projekte realisiert, welche Wasserstoff als Energieträger einsetzen.Hier einige Beispiele:

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Beispiel California, USA Großraum Los Angeles

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AutoTram®

Fraunhofer –Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI)

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Wasserstoff-Initiative-Vorpommern

Leitprojekt „Barth“

Ausgangslage

Im örtlichen Klärwerk besteht seit 2005 ein Sauerstoffbedarf, der durch die vorhandene Infrastruktur nicht bedient werden konnte.

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H2 O2

ElektrolyserElektrolyser

Vision

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Ziele des Projektes

• Betrieb eines Linienbusses mit Wasserstoffantrieb

• Ertüchtigung des örtlichen Klärwerkes mit Sauerstoff

• Erzeugung der benötigten Energie mit Photovoltaik

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PartnerschaftLand Mecklenburg-Vorpommern (UM)

Bundesrepublik Deutschland BMWi

Stadt Barth

Wasser- und Abwasser GmbH – Boddenland

Fachhochschule Stralsund

Wolters Ostseebus GmbH

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Blockschaltbild - Gesamtanlage

Sonne Photovoltaik Wasserstoff Verdichtung Speicherung BZ-Bus

Elektrolyseur

Wasser Sauerstoff Verdichtung Speicherung Kläranlage

Energiekreislauf

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Zusätzlicher Sauerstoffbedarf ab 2005 – Kläranlage Barth

Zusatzbedarf O2 (biol.) ab 2005 1)

0

100

200

300

400

500

600

700

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

111

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301

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361

Tag im Jahr

Bed

arf k

g/d

1) Ausgehend von Anschlußwerten ab 2005 und FS-Profil von 2000

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Lieferung und Bedarf an Sauerstoff ab 2005 – Kläranlage Barth

Bedarfsabdeckung O2 (biol.) 2005 1)

aus Gebläse, Elektrolyse, Speicher

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

111

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191

201

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281

291

301

311

321

331

341

351

361

Tag im Jahr

Tage

sbed

arf (

biol

.) kg

/d

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Verf

ügba

re M

enge

O2

(bio

l.) k

g

Tagesbedarf O2 (biol.) Verfügbare Menge O2

1) Ausgehend von Anschlußwerten ab 2005 und FS-Profil von 2000

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• PhotovoltaikanlageGesamtansicht

• Leistung 97 KWp72 Module mitNachführung

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• Messeinheit zur Nachführung der Solarmodule

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Wasserstoffspeicher280 bar Wasserstoff

Verdichter H2 Tankstelle

HOGEN 380 Elektrolyseur

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

HOGEN Wasserstofftankstelle in Barth, Deutschland(97 kW Solaranlage nicht im Bild)

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Wasserstoffspeicher280 bar Wasserstoff

Verdichter H2 Tankstelle

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

• Elektrolyseur HOGEN 380 mitWasserstoffspeicherLeistung des Elektrolyseurs10 Nm3 H2/hReinheit 99,999 %

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Wasserstoffspeicher280 bar Wasserstoff

Verdichter H2 Tankstelle

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Grundprinzip der PEM-Wasser-stoffelektrolyse

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Wasserstoffspeicher280 bar Wasserstoff

Verdichter H2 Tankstelle

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Das Herzstück des Elektrolyseurs der

„PEM Stapel“

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Wasserstoffspeicher280 bar Wasserstoff

Verdichter H2 Tankstelle

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

• Wasserstoffverdichter

Förderleistung 10 Nm3/h

Enddruck 281 bar abs.

• Sauerstoffverdichter

Förderleistung 5 Nm3/h

Enddruck 61 bar abs.

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Wasserstoffspeicher280 bar

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

SauerstoffspeicherFassungsvermögen3.000 Nm3 O2

Speicherdruck61 bar abs.

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Wasserstoffspeicher280 bar

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

• Wasserstoffspeicher

Speicherdruck 281 bar abs.

Fassungsvermögen

532 Nm3 H2

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Wasserstoffspeicher280 bar

Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

• Wasserstofftankstelle

• Befüllung des Busses in 5 Minuten

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Brennstoffzellenbus

Proton Fuel Cell GmbH

Inbetriebnahme

04.09.2006

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Finanzierungsanteile

BWMi39%

Boddenland16%

UM-MV40%

Wolters5%

Finanzierungsanteile

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Gesamtinvestition

€ 3.500.000

PV-Anlage

BZ-Bus

Elektrolyseur

O2- Speicher

Gasanlage

H2-Verdichter

O2-VerdichterSonstiges

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

J a hr e se r ge bni s

-100.000,00 €

-80.000,00 €

-60.000,00 €

-40.000,00 €

-20.000,00 €

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20.000,00 €

40.000,00 €

60.000,00 €

80.000,00 €

100.000,00 €

0 20 40 60 80 100 120

För der quot e i n %

0,077 € / KWh

0,061 € / KWh

0,133 € / KWh

0,046 € / KWh

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Fazit und Ausblick

• 2010 nach positiven Projektverläufen erfolgen politische Zielvorgaben

• 2020 Einsatz von regenerativ erzeugtem Wasserstoff in einzelnen Bereichen wirtschaftlich möglich

• 2030 Beginn der Nutzung in allen Bereichen der Energieversorgung

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Sauerstoffspeicher60 bar Klärbecken

(Biologie)

Sauerstoff Verdichter

Solarer Wasserstoff steht am Anfang seiner Entwicklung als alternativer

Energieträger der Zukunft, eine Entwicklung, die sich aufgrund

zunehmender Rohstoffknappheit nicht aufhalten lässt.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit