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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
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1 Regenerative Energieerzeugung
2 Dampfreformer
3 Elektrolyseur
4 Biogasanlage
5 Abfüllanlage
6 Kundenversorgung
7 Industrieanlage (an Pipeline)
8 Tube-Trailer
9 Lager
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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: [email protected]
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 [email protected]/wasserstoff