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Wasserstoff-Demonstrator in Thun: Ein Schritt in Richtung nachhaltige Mobilität

Über Wasserstoff als nachhaltige Alternative für den Antrieb von Fahrzeugen wird nicht erst seit heute in Fachkreisen diskutiert. In der Tat bietet Wasserstoff gegenüber anderer alternativer Energielieferanten viele Vorteile. Um Erfahrungen in der nachhaltigen Produktion, Lagerung und dem Transport von Wasserstoff zu sammeln, plant armasuisse Wissenschaft und Technologie zusammen mit weiteren Stellen aus dem VBS den Bau eines Wasserstoff-Demonstrators in Thun.

Dr. Hanspeter Kaufmann und Elianne Egli, armasuisse Wissenschaft und Technologie

Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug steht vor einer Wasserstoff-Tankstelle auf dem Gelände der Empa
In Thun sind eine Wasserstoff-Tankstellen, wie jene auf dem Gelände der Empa, sowie eine mobile Tankstelle für den Feldeinsatz geplant.

Der Umweltschutz und ein ökologisch nachhaltiger Lebensstil haben in den letzten Jahren und Jahrzehnten nicht nur für viele Privatpersonen einen hohen Stellenwert erlangt. Auch die Bundesverwaltung sowie das VBS haben sich zum Ziel gesetzt ihren ökologischen Fussabdruck, beispielsweise durch Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien, zu verringern. Ein grosser Treiber der CO2-Emmissionen ist die Mobilität. In der Schweiz verursacht die Mobilität rund einen Drittel des Energieverbrauchs und fast 40 Prozent der CO2-Emissionen. Im VBS verursacht die Mobilität 75 Prozent der CO2-Emissionen wobei 50 Prozent davon auf den Luftverkehr fallen. Das VBS verbraucht insgesamt rund 80 Millionen Liter Treibstoff jährlich (vgl. Mobilität).

Versuchsbetrieb von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen

Um die fossilen CO2-Emmissionen zu senken, gibt es verschiedene vielversprechende Ansätze. Einer davon ist der Einsatz von erneuerbarem Wasserstoff in der Mobilität. Seit Jahren wird dem Wasserstoff ein grosses Potenzial in der grünen Mobilität zugeschrieben. Um die Einsatzmöglichkeiten der Wasserstofftechnologie in der militärischen Mobilität nach dem heutigen Stand der Technik zu untersuchen, plant armasuisse Wissenschaft und Technologie (W+T) als Technologiezentrum des VBS zusammen mit weiteren Stellen aus dem VBS den Bau eines Wasserstoff-Demonstrators. Zielsetzung dieses Projekts soll der Versuchsbetrieb von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen mit selbst-produziertem Wasserstoff, unter Einsatz von erneuerbaren Energien, sein.

Doch was ist Wasserstoff eigentlich? Am häufigsten kommt Wasserstoff auf der Erde in Verbindung mit Sauerstoff (O2) in Form von Wasser (H2O) bzw. Wasserdampf vor. Um Wasserstoff zu erzeugen, wird Wasser in seine beiden Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Die sauberste Möglichkeit hierfür ist die Elektrolyse durch nachhaltig produziertem Strom. Führt man Wasserstoff und Sauerstoff wieder zusammen, entstehen dabei elektrische Energie und Wärme. Dieser Vorgang geschieht beispielsweise in Elektrofahrzeugen, die mit einer Brennstoffzelle angetrieben werden. Anders als bei batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen, wird der Strom bei einer Brennstoffzelle somit direkt beim Antrieb erzeugt. 

Wasserstoff nicht gefährlicher als Benzin

Jede Innovation ruft in der Regel jedoch nicht nur Begeisterung, sondern auch Vorbehalte hervor. Vorbehalte, die zumeist aus dem Wettbewerbsumfeld stammen. Kaum erstaunlich also, dass diverse Mythen zum Nachteil der Wasserstoffnutzung zirkulieren. So wird z.B. angeführt, dass Wasserstoff derart flüchtig ist, dass es auch durch Lagertankwände diffundieren kann, womit sich Wasserstoff nur mit grossen Verlusten lagern lässt. Zwar stimmt es, dass dieser Stoff aufgrund seiner vergleichsweise kleinen Atomgrösse «durch Wände gehen» kann. Doch, während diese Verluste in der industriellen Nutzung früher durch geschicktes Lagermanagement begrenzt wurden, verfügen Autobauer heute über Werkstoff-Kombinationen, die diese sogenannte Wasserstoffleckage auf ein Minimum zu begrenzen vermögen.

Ein weiterer hartnäckiger Mythos besagt, dass Autos, die mit Wasserstoff angetrieben werden, ein grosses Gefahrenpotenzial aufweisen. In der Tat ist Wasserstoff genauso wie Benzin brennbar und kann explosive Gemische mit Sauerstoff bilden. Deshalb eignet sich Wasserstoff neben der Stromerzeugung in Brennstoffzellen ja auch sehr gut für die Verbrennung in Motoren. Im Unterschied zu den schweren Benzindämpfen führt die geringe Dichte von Wasserstoff jedoch dazu, dass letzterer bei unbeabsichtigtem Entweichen im Strassenverkehr, z.B. während eines Unfalls, sich sofort nach oben verflüchtigt, und sich allfällig zündfähige Gemische tendenziell über dem Fahrzeug bilden, während dem sich Benzindämpfe auf dem Boden ausbreiten.

Die Reichweite von Wasserstoff-Antrieb ist höher als batterieelektrischer Autos

Die Frage, ob sich Wasserstoff in der Mobilität denn überhaupt als Treibstoff durchsetzen können wird, hängt nicht nur von seiner Eignung als Treibstoff für Elektrofahrzeuge oder Verbrennungsfahrzeuge ab. Und würde man diese Frage allein anhand der unterschiedlichen Wirkungsgrade der Energienutzung in Batterie- und in Brennstoffzellen-betriebenen Fahrzeuge beurteilen wollen, wäre Wasserstoff als Treibstoff nicht sehr attraktiv. Doch für die Mobilität sind andere Faktoren, wie bspw. die Reichweite und die Nutzlast deutlich wichtiger. Und hier bietet Wasserstoff Dank seiner grossen Energiedichte v.a. für Transportzwecke eindeutige Vorteile gegenüber der rein batterieelektrischen Mobilität. Ob sich diese Vorteile, die grundsätzlich ebenso für militärische Fahrzeuge gelten, auch in realistischen Einsatzszenarien bewähren würden, gilt es u.a. im Rahmen des Demonstrators bei armasuisse W+T vertieft abzuklären.

Wenn Wasserstoff über erneuerbare Energien produziert wird, ist er ausserdem eine nachhaltige Ressource, die nicht nur der Mobilität, sondern auch der Stromversorgung (Stromspeicherung) und der Grundstoffherstellung in der Chemie dient. Dass die notwendigen Werkstoffe für die Produktion und Lagerung hierzu prinzipiell aus dem benachbarten, regionalen Umfeld stammen können, tut der Sache sicher keinen Abbruch.

Erfahrungsgewinnung durch Defence Future Mobility Demonstrator

Der geplante Wasserstoff-Demonstrator von armasuisse W+T soll es der Armee, der LBA und weiteren Stellen im VBS ermöglichen, Wasserstoff als Energieträger unter den Rahmenbedingungen des Militärbetriebs zu nutzen. Da Wasserstoff v.a. als Alternativtreibstoff für Fahrzeuge interessiert, trägt dieser Demonstrator die Bezeichnung «Defence Future Mobility Demonstrator», abgekürzt DFMD. Technologisch orientiert sich der DFMD an den Vorarbeiten der EMPA, die in Dübendorf bereits einen ähnlichen Demonstrator für zivile Nutzer realisiert hat, und weiterentwickelt.

armasuisse W+T beabsichtigt mit dem DFMD Erfahrungen zu sammeln, einerseits was die nachhaltige Produktion von Wasserstoff und seine Lagerung anbelangt, andererseits aber auch was den Transport und die Distribution von Wasserstoff angeht. Zwar wird Wasserstoff zivil v.a. für industrielle Zwecke bereits seit langem genutzt, jedoch fehlt noch viel Erfahrung bezüglich seiner Nutzung für Mobilitätszwecke und speziell bezüglich seiner militärischen Nutzung.

Die geplante Anlage in Thun ermöglicht den unterschiedlichen Nutzern einen Versuchsbetrieb mit Fahrzeugen, die Wasserstoff entweder als Treibstoff für eine stromerzeugende Brennstoffzelle nutzen, oder für einen Verbrennungsmotor. Neben der Vermessung diverser Betriebsdaten und der Analyse der Stoffflüsse während der Versuchsphase, schenken wir dabei auch qualitativen Aspekten, wie der Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit der Anlage, erhöhte Aufmerksamkeit. Dies gilt insbesondere auch für die Feldbetankung mit Wasserstoff, einer der grossen Herausforderungen in diesem Projekt.

Die Umsetzung dieses Demonstrators soll in den nächsten Jahren stattfinden, mit dem Ziel den Testbetrieb zwischen 2023 und 2025 aufnehmen zu können.