Wasserstoff (H2) ist ein Energieträger und wird zu 95 % aus der Umwandlung fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgas und Kohle) gewonnen.

Bei der Wasserstoffherstellung entstehen Treibhausgasemissionen (CO2).

So werden beispielsweise mehr als 800 Millionen Tonnen CO2 jährlich durch dieses Verfahren ausgestoßen.

Deshalb sind die Herstellung und Nutzung von kohlenstoffarmem Wasserstoff die große Herausforderung bei der Energiewende.

Was versteht man unter grünem Wasserstoff?

„Grüner” (sogenannter erneuerbarer) Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen (Wind, Sonne, Wasser) hergestellt.

Nach der Herstellung muss dieser Wasserstoff gelagert, anschließend zum Verteilnetz und dann zum Verbrauchsort transportiert werden.

Dabei erweisen sich die Herstellungskosten und die Kosten für die Elektrolyseure als die größten Hemmnisse für den Einsatz von Wasserstoff.

Der französische Markt für Wasserstoff hat großes Potenzial, nicht zuletzt dank des Plans der Regierung zur Unterstützung von Innovationen und industriellem Einsatz von kohlenstoffarmem Wasserstoff.

Dieser Plan umfasst 3 Schwerpunkte:

• Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse für die Industrie
• Einsatz für die Mobilität als Ergänzung zu batterieelektrischen Antrieben
• Einspeisung in die Energienetze

FOKUS auf den Einsatz von Wasserstoff für die Mobilität

Einige Zahlen

In Frankreich werden 38 % der Treibhausgasemissionen vom Transportsektor verursacht.

• Ein Dieselfahrzeug stößt im Laufe seiner Lebensdauer zwischen 40 und 45 Tonnen CO2 aus.
• Ein Wasserstofffahrzeug produziert etwas mehr als 35 Tonnen.
• Ein Wasserstofffahrzeug, bei dem der Wasserstoff durch die Elektrolyse mit erneuerbaren Energien gewonnen wird, stößt dagegen weniger als 15 Tonnen aus.

Das zeigt klar, dass beim Thema Mobilität kohlenstoffarmer Wasserstoff enorm wichtig für die drastische Reduzierung von Emissionen ist.

Wie funktioniert derzeit eine Brennstoffzelle?

Der Wasserstoff versorgt die Brennstoffzelle — diese wiederum erzeugt Strom — und sorgt dafür, dass der Elektromotor, mit dem das Fahrzeug angetrieben wird, läuft.

Die Brennstoffzelle wird durch ein Gemisch von Luft und Wasserstoff gespeist. Sie wandelt die chemische Energie durch die Umkehr der Elektrolyse in elektrische Energie um.

Die Brennstoffzelle kann Strom erzeugen, ohne dass weitere Emissionen außer Wasserdampf entstehen.

Brennstoffzelle für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen

Die Brennstoffzelle (BZ) führt eine kontrollierte elektrochemische Verbrennung von Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) durch, bei der gleichzeitig Wasser, Wärme und vor allem Elektrizität entstehen.

Diese chemische Reaktion erfolgt insbesondere über Platten in Verbindung mit anderen Komponenten. Diese Platten werden als Bipolarplatten bezeichnet und können je nach Technologie aus geformtem Metall oder aus bearbeitetem Grafit bestehen.

Eine BZ besteht aus mehreren Dutzend oder sogar Hunderten von gestapelten Platten, die durch zwei seitliche Endplatten aus Metall gehalten werden, wobei das endgültige Verspannen mit Gewindestangen aus isoliertem Stahl erfolgt.

Wie kann ICM Industrie in diesem Bereich mit seinen Kompetenzen helfen?

• ICM Industrie ist Experte für Kunststoffbearbeitung. Deshalb sind wir bestens in der Lage, die Bearbeitung von Bipolarplatten zu übernehmen.
• Die Gewindestangen aus Stahl werden dabei idealerweise durch Gewindestangen aus Schichtverbundwerkstoffen ersetzt.
• Und auch die seitlichen Endplatten aus Metall können durch Endplatten aus Schichtverbundwerkstoff ersetzt werden.

Dank der vielfältigen Fachkenntnisse in der Kryotechnik, bei Hochtemperaturanwendungen, dielektrischen Materialen und bei sehr unterschiedlichen mechanischen Anwendungen gilt ICM Industrie als Spezialist für Verbundwerkstofflösungen für Brennstoffzellen.

„Egal welche Vorgaben auferlegt werden, es gibt eine Lösung, die in der Struktur des Verbundwerkstoffs selbst liegt“.

Hier ein näherer Blick auf die verschiedenen Möglichkeiten von Verbundwerkstoffen.

Eigenschaften von Verbundwerkstoffen

Ein Verbundwerkstoff besteht aus mindestens 2 verschiedenen Grundstoffen und weist eigene inhärente Eigenschaften auf, die sich von den Eigenschaften der beiden einzelnen Grundstoffe unterscheiden.

Bei diesen eigenen Eigenschaften handelt es sich hauptsächlich um physikalische, dielektrische, mechanische und chemische Eigenschaften.

Die Produktpalette von ICM Industrie deckt ein breites Spektrum von Anwendungen von 0 °Kelvin (-273 °C) bis 700 °C ab.

Zu dieser Produktpalette gehören Schichtverbundwerkstoffe wie Bakelit (einer der ältesten Verbundwerkstoffe für industrielle Zwecke), agglomerierter Glimmer für Hochtemperaturanwendungen, aber auch Epoxidharz-Glasfaser-Laminate sowie Polyesterglas.

Vorteile von Verbundwerkstoffen

Schichtverbundwerkstoffe bestehen aus einer Verstärkung (hauptsächlich Glasfaser) und einem Bindemittel (Harz) und weisen bemerkenswerte Eigenschaften auf:

• Leichtigkeit, mit Dichten zwischen 1,3 und 2,3.
• Dielektrische Isolierung, mit einer Materialstärke bis 20kv/mm.
• Mechanische Festigkeit, einige Werkstoffvarianten garantieren ein Elastizitätsmodul beim Biegen von 24GPa (je höher das Elastizitätsmodul ist, desto größer ist der Verformungswiderstand des Materials).
• Da diese Materialien verrottungsfest sind, eignen sie sich alle für Anwendungen in feuchter Umgebung (z. B. bei Salznebel oder tropischem Klima).
• Dank ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit bilden sie besten Schutz gegen Wärmeverlust.
• Sie werden besonders empfohlen für Anwendungen in den Bereichen Schienenverkehr und Luftfahrt. Ihre Brandstoffklassen/Brandverhaltensklassen hinsichtlich der Ausbreitung von Feuer und Rauch und ihre Feuerwiderstandsklassen entsprechen den strengsten Normen wie der amerikanischen Norm UL94 (in dieser Norm sind für alle Materialien der großen Familie der Kunststoffe, zu denen auch die Schichtverbundwerkstoffe gehören, die Brandschutzklassen festgelegt und geregelt).
• Und in chemischer Atmosphäre weisen sie eine hohe Beständigkeit gegen zahlreiche korrosive Medien (Basen, Lösungsmittel, verschiedene Säuren, Kraftstoffe, Öle) auf.
• Besteht die Gefahr, dass korrosive Flüssigkeiten verspritzt werden (z. B. bei einem Elektrolytbad), werden deshalb Metallschrauben durch Schrauben aus Verbundwerkstoff ersetzt.

Darüber hinaus übernimmt ICM Industrie das Umspritzen von Metallträgern mit Schichtverbundwerkstoffen (je nach spezifischer Behandlung), was ein breites Anwendungsspektrum ermöglicht.

So wird beispielsweise die Steifigkeit des Metalls mit der dielektrischen Isolierung des Verbundwerkstoffs kombiniert.

Verbundwerkstoffe sind eine gewinnbringende Alternative zu Metallen

Metalle und Verbundwerkstoffe sind Materialien, die sehr wohl miteinander verbunden werden können. Dennoch weist jedes Material seine eigenen Eigenschaften auf, die sich deutlich voneinander unterscheiden können.

Schichtverbundwerkstoffe haben zunächst einmal einen ganz besonderen Vorteil – das ist ihre Leichtigkeit.

Wenn man Probekörper gleicher Größe, aber aus 3 unterschiedlichen Materialien – Verbundwerkstoff, Aluminium 2017 und Edelstahlt 316L – wiegt, lässt sich ein enormer Gewichtsunterschied feststellen, der beim Edelstahl sogar fast das 4-Fache erreichen kann.

Aus diesem Grund werden heutzutage viele Vorrichtungen aus Verbundwerkstoffen hergestellt: bis zu 50 % der Struktur eines Airbus A350, die Frontverkleidung der meisten Eisenbahntriebfahrzeuge, die Rotorblätter von Windkraftanlagen, um nur einige der bekanntesten Beispiele zu nennen.

Außerdem entspricht die Längenausdehnung (Ausdehnung oder Schrumpfung in axialer Richtung) von Verbundwerkstoffen der Ausdehnung von Stahl, sie ist jedoch sehr viel geringer als bei Aluminium.

Im Bereich der Kryotechnik ermöglicht diese Eigenschaft – in Verbindung mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit – beispielsweise die Verwendung in Kompressoren und Pumpen für den Transport und die Lagerung von Flüssiggas (- 160 °C für verflüssigtes Erdgas).

Welche Hilfsmittel stehen Ihnen zur Verfügung?

• Unser Experte für Verbundwerkstoffe