Dieser Artikel wird gesponsert von Eaton.
Da der Transportsektor nach wie vor der Sektor mit dem größten Ausstoß von Treibhausgasen ist, rückt die Elektrifizierung immer stärker in den Fokus.
Der Absatz von Elektroautos verzeichnete ein beträchtliches Wachstum. Anstieg um 168 Prozent im ersten Halbjahr 2021 im Vergleich zu 2020 – mit besonders starken Umsätzen in China und Europa aufgrund staatlicher Vorschriften und Emissionsstandards. Zusätzlich, mehr als ein Dutzend Länder haben Ziele für emissionsfreie Fahrzeuge oder den Ausstieg aus Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in den nächsten zwei Jahrzehnten angekündigt.
Diese Woche auf der COP26Dabei stand die Dekarbonisierung des Transportsektors im Mittelpunkt. Aber während die Welt auf dem besten Weg ist, Fortschritte in der Elektrofahrzeugtechnologie zu machen, gibt es noch einen wichtigen Teil der Dekarbonisierungsbemühungen zu bewältigen: schwere Nutzfahrzeuge.
Dies sind Langstrecken-Lkw und Baufahrzeuge, die dafür bekannt sind, viele Stunden am Stück zu fahren und viele Hundert Kilometer zurückzulegen mehr als 20 Prozent der Transportemissionen. Und der Weg zur Dekarbonisierung ist für diese Fahrzeuge aufgrund der großen Menge an elektrischer Energie, die für die Erfüllung ihrer Aufgabe benötigt wird, viel holpriger. Während die Stromversorgung einer Autobatterie an einer Ladestation ausreicht, um Ihr persönliches Elektroauto zu betreiben, würden schwere Nutzfahrzeuge riesige Batterien und mehrere Stunden Ladezeit benötigen, um mehr als das 50-fache dieser Energie zu speichern.
Auch mit der neuesten Ultraschnelle Ladetechnologie, ein elektrisches Schwerlastfahrzeug würde pro Minute Ladezeit lediglich zwei bis fünf Meilen Reichweite gewinnen. Zum Vergleich: Das Tanken mit Dieselkraftstoff summiert sich auf 100 Meilen pro Minute. Kurz gesagt: Elektrifizierung allein ist nicht die Antwort auf die Dekarbonisierung. Vielversprechend ist jedoch Wasserstoff.
Die Versprechen und Herausforderungen von Wasserstoff-Brennstoffzellen
Eins machbare Lösung Die Dekarbonisierung von Schwerlast-Langstreckenfahrzeugen erfolgt heute durch grünen Wasserstoff. Der Transportindustrie gelang der Einsatz von Wasserstofflösungen für leichte Nutzfahrzeuge. Eine einfache Skalierung der Technologie für schwere Nutzfahrzeuge ist jedoch nicht so einfach.
Die Skalierung von Brennstoffzellen für schwere Anwendungen stellt neue und sehr unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf Lebensdauer, Effizienz und Kosten. Eaton bietet jedoch in jedem Bereich spannende Lösungen:
1. Den richtigen Luftstrom erreichen
Eine Brennstoffzelle ist ein Energieumwandlungsgerät, das Strom erzeugt, indem es Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser kombiniert. Der präzise Sauerstofffluss in die Brennstoffzelle ist jedoch entscheidend, da er die Stromerzeugung steuert – und kann eine große Herausforderung darstellen.
Hier kommt Eaton ins Spiel. Eaton ist mit seinen elektrisch angetriebenen Luftpumpen seit mehr als 20 Jahren führend in der Luftsteuerungstechnologie. Aufgrund seiner Expertise ist Eaton Partnerschaft mit dem US-Energieministerium um in diesem Bereich weiterhin Fortschritte zu erzielen.
Die Luftpumpe ist der größte Stromverbraucher in einer Brennstoffzelle. Etwa 15 bis 20 Prozent der Stromerzeugung werden für den Betrieb der Pumpe verwendet. Aus diesem Grund arbeitet Eaton daran, den Stromverbrauch der Luftsteuerung um die Hälfte zu reduzieren.
Das Erreichen dieses Effizienzniveaus ohne Leistungseinbußen bei gleichzeitiger Erhöhung der Haltbarkeit und Aufrechterhaltung akzeptabler Kosten ist ein wichtiger Teil der „Department of Energy“-Ziele.Wasserstoff-Erdschuss„Programm zur Anpassung von Brennstoffzellen an den Bedarf schwerer Lkw im Fernverkehr.
2. Präzise Wasserstoffkontrolle
Neben der Steuerung des Luftstroms untersucht Eaton auch die Wasserstoffversorgungsseite der Brennstoffzelle. Herkömmliche Wasserstoffversorgungssysteme wägen Kosten und Haltbarkeit gegen Leistung und Effizienz ab. Durch die Einführung von Innovationen im Wasserstoffkreislauf ist Eatons Ansatz in der Lage, den in die Brennstoffzelle eintretenden Fluss effizient und präzise zu steuern und den Überschuss zurückzuführen.
Durch Präzision vermeiden wir die Verschwendung von Wasserstoff und verbessern so die Gesamteffizienz weiter. Diese Lösungen sind nicht nur für schwere Straßenfahrzeuge relevant, sondern können auch zu Fortschritten bei der Dekarbonisierung von Flugzeugantrieben führen.
3. Elektrische Energie verwalten
Die meisten leichten Wasserstofffahrzeuge nutzen eine kleine Brennstoffzelle, um eine große Batterie aufzuladen, die wiederum einen Elektromotor antreibt. Dieses Konzept funktioniert gut, da Autos einen relativ geringen durchschnittlichen Stromverbrauch haben und nur für kurze Zeit hohe Leistung benötigen. Auch das elektrische System ist einfach, da die Brennstoffzelle nicht direkt mit dem Motor interagiert.
Eine Übertragung dieses Konzepts auf schwere Lkw würde jedoch zu extrem großen Batterien führen – etwa fünfmal so groß wie die Batterien von Elektroautos. Für Lkw ist die ideale Lösung eine Brennstoffzelle, die in allen Leistungsstufen effizient arbeitet und nur zum Starten und Speichern der Bremsenergie eine deutlich kleinere Batterie benötigt.
Dies stellt jedoch eine neue Herausforderung dar: Das elektrische System muss viel komplexer werden, da es Strom aus drei Quellen kombinieren muss: der Brennstoffzelle; die Batterie; und der Elektromotor. Dies ist wiederum ein bekannter Bereich für Eaton, das über umfangreiche Mikronetz-Erfahrung bei der Verwaltung der elektrischen Energie in ähnlichen Umgebungen verfügt. Und Eaton wendet dieses Know-how erneut auf Wasserstofffahrzeuganwendungen an, um letztendlich den Bedarf an Batterien zu reduzieren.
Durch die Manipulation der Stromerzeugung durch Brennstoffzellen, der kleineren Batterie und des elektrischen Antriebsstrangs strebt Easton an, die Batteriegröße in einem Schwerlastfahrzeug um den Faktor drei bis fünf zu reduzieren. Dies reduziert nicht nur die Anschaffungskosten des Fahrzeugs, sondern auch dessen Gewicht, was wiederum die Ladekapazität eines Brennstoffzellen-Lkw verbessert.
Dekarbonisierung aus allen Blickwinkeln
Es ist klar, dass grüner Wasserstoff eine entscheidende Rolle in einer Netto-Null-Zukunft spielen wird. Es verursacht keine Kohlenstoffemissionen und kann aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden. Auch wenn noch Herausforderungen zu bewältigen sind, hilft Eaton dabei, den Weg zu ebnen. Diese Herausforderungen treffen genau den Sweet Spot des Unternehmens: die Konvergenz von elektrischer und mechanischer Energie.
Die Arbeit von Eaton in diesem Bereich steht auch im Einklang mit der Mission des Unternehmens – die Lebensqualität und die Umwelt zu verbessern – und mit seinem ehrgeizigen, wissenschaftlich fundierten Ziel Nachhaltigkeitsziele 2030. Eaton hat sich verpflichtet, seine Scope-3-Kohlenstoffemissionen aus seinen Technologien und der gesamten Wertschöpfungskette bis 15 um 2030 Prozent zu reduzieren. Und im gleichen Zeitraum 3 Milliarden US-Dollar in Forschung und Entwicklung für nachhaltige Lösungen zu investieren.
Das Fachwissen von Eaton bei Fahrzeug- und Antriebsstrangsteuerungen wird zusammen mit seiner Erfahrung bei der Steuerung von Gas- und Stromflüssen dazu beitragen, effiziente, zuverlässige, sichere und kostengünstige emissionsfreie Lösungen für die Zukunft zu entwickeln.
Quelle: https://www.greenbiz.com/article/decarbonizing-heavy-duty-transportation-hydrogen-answer
