Die SFC Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie

So funktioniert die
SFC Wasserstoff-Brennstoffzelle

Das Prinzip der Stromerzeugung

Die EFOY JUPITER Brennstoffzellen beruhen auf der PEM (Polymerelektrolytmembran)-Technologie. Sie produzieren den Strom aus dem Betriebsstoff Wasserstoff, ergänzt um Sauerstoff aus der Luft. Hierbei wird Wasserstoff direkt in Strom umgewandelt. Dabei entsteht neben Strom lediglich Wasserdampf. Das ist außergewöhnlich umweltfreundlich.

EFOY JUPITER 2.5

Leistungsbereich von 2,5 bis 20 kW

Die EFOY JUPITER Wasserstoff-Brennstoffzelle erweitert das umfangreiche Produktportfolio von SFC Energy mit Energielösungen im höheren Leistungsbereich. Mit nur einer Regeleinheit lassen sich Nominalleistungen von 2,5 bis zu 20 kW individuell skalieren. Dabei ist die Bedienung und Installation sehr einfach und es entstehen keine Emissionen, sodass die EFOY JUPITER Brennstoffzelle auch in ökologisch sensiblen Bereichen eingesetzt werden kann. Die Brennstoffzelle ist sehr leise und effizient.

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Technische Daten EFOY JUPITER 2.5

 JUPITER 2.5
Ausgangsleistung 12500 W
Nennspannung48 V DC
Versorgungsspannung40,5 – 57,0 V DC
Gewicht27,0 kg
Anschließbare H₂ FlaschenDas System hat einen Anschluss. Mehrere Gasflaschen können miteinander verbunden werden.
BrennstoffWasserstoff
Reinheit des Brennstoffes3.0 oder besser
Nennverbrauch11 Nl H₂/min/kW
Lufttemperatur 2-33 °C bis +50 °C
EinsatzhöheBis 3000 m über NN
Abmessung L x B x H536 x 483 x 311 mm
Schutzart (IP-Klasse)IP 20
BedienungRemote Monitoring Tool (optional)
Daten-InterfaceCAN-Bus
Elektrische SchnittstellePowerCom Buchse

1) Bei Zuluft-Temperaturen < 30 °C und < 1000 Betriebsstunden

2) Grundlast von 1000 W erforderlich für Min. Lufttemperatur

Die Wasserstoff-Brennstoffzelle von SFC Energy als grüne Energiequelle

Es ist Zeit, Energie neu zu denken. Die Auswirkungen des Klimawandels gilt es abzumildern, schädliche Emissionen zu reduzieren und natürliche Ressourcen zu schonen. Es ist Zeit, neue Ansätze zu finden für mehr Kraft, mehr Flexibilität und mehr Nachhaltigkeit. Es ist Zeit für eine jahrhunderte alte Technologie: die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Sie ist die Energiequelle der Zukunft. Bereits 1839 erfand der britische Physiker Sir William Robert Grove das Prinzip der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Drei Jahre später baute er das erste funktionsfähige Exemplar. Gegen Entwicklungen wie den Elektrodynamo oder den Verbrennungsmotor setzte sie sich allerdings damals nicht durch. Heute wissen wir: ihre Erfindung ist eine Erfolgsgeschichte. Und diese Erfolgsgeschichte schreibt SFC Energy Tag für Tag fort. Mit der EFOY JUPITER Wasserstoff-Brennstoffzelle.

Bis zur heutigen Ausführung der EFOY JUPITER Wasserstoff-Brennstoffzelle hat es zwar etwas gedauert, doch gewinnt die Wasserstofftechnologie weiter an Bedeutung. Zwei Arten der Brennstoffzelle haben sich durchgesetzt und versorgen zahlreiche Anwenderbranchen mit zuverlässiger und umweltfreundlicher Energie. Zu den am häufigsten verwendeten Systemen gehören die Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane Fuel Cell; PEMFC) und die oxidkeramische Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell: SOFC). Weltweit liegt die PEM-Ausführung in der Gunst der Anwender vorne. Sie weist die höchsten Verkaufszahlen auf. Kein Wunder, denn ihre Beliebtheit basiert auf ihrer Vielseitigkeit. Für mobile als auch für stationäre Anwendungen ist die PEM-Brennstoffzelle bestens geeignet. Neben einer hohen Leistungsdichte weist sie mit 80°C eine vergleichsweise niedrige Betriebstemperatur auf.² Das macht sie insbesondere interessant für mobile Anwendungen. Im Gegensatz dazu sind SOFC-Lösungen vor allem im stationären Bereich zu finden.³ EFOY JUPITER-Wasserstoff-Brennstoffzellen beruhen auf der PEM-Technologie. Sie leisten bereits heute einen wichtigen Beitrag zur umweltfreundlichen Energiegewinnung.

Ihr Alter teilt die Brennstoffzelle in etwa mit dem der Batterie (um 1800). Sie ist nur unwesentlich älter. Das ist womöglich auch der Grund für die große Ähnlichkeit der beiden Energielieferanten. Der Aufbau der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist gleichermaßen simpel. Im Vergleich zur Batterie verfügt auch die Brennstoffzelle über zwei Elektroden: eine Anode (Pluspol) und eine Kathode (Minuspol). Um nun Strom zu produzieren, braucht es einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Diese Aufgaben übernehmen Wasserstoff und Sauerstoff. In der Wasserstoff-Brennstoffzelle reagieren sie. So entsteht Strom und als Nebenprodukte Wärme und Wasserdampf. Bereits hier liegt einer der zahlreichen Vorteile von Wasserstoff-Brennstoffzellen und der Wasserstoff-Technik. Der Wasserdampf ist weitaus umweltverträglicher als das ausgestoßene CO2 von Energiequellen, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Gleichzeitig ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle im Betrieb viel leiser und produziert weniger Abwärme. Das macht sie zu einer idealen Lösung. Sie hat somit das Potenzial, die Energieversorgung grundlegend zu verbessern.

Klimaneutraler Strom: Von der Quelle bis zur Brennstoffzelle

Das ist auch notwendig. Schließlich hat sich Deutschland ehrgeizige Ziele gesetzt. Bis zum Jahr 2030 soll der Treibhausgasausstoß um 55 Prozent sinken.⁴ Gemeinsam mit den Staaten der Europäischen Union bekannte sich Deutschland zudem dazu, 2050 die Treibhausgasneutralität zu erreichen.⁵ Ganz schön ambitioniert. Wasserstoff spielt in den Überlegungen bereits seit Längerem eine entscheidende Rolle. Und die Entwicklung nimmt weiter an Fahrt auf. Mit der Nationalen Wasserstoff Strategie hat der Bund die Bedeutung der Technologie noch einmal herausgestellt.⁶ Weit reichende Förderprogramme helfen dabei, entscheidende Fortschritte zu erzielen. Neben der Unterstützung von Kooperationen investiert der Bund direkt in Technologien entlang der Wasserstoff-Wertschöpfungskette.

Nachdem die Wasserstoff-Brennstoffzelle trotz ihres vergleichsweise hohen Alters lange Zeit eine Nebenrolle spielte, rückt sie nun in das Zentrum der Aufmerksamkeit. Das liegt auch an ihrem Treibstoff: Wasserstoff (H2). Wasserstoff ist einfach ein besonderer Energieträger. Er ist geruchslos, farblos und nicht giftig. Eine noch vorteilhaftere Eigenschaft ist seine hohe Energiedichte. Ein Kilogramm H2 liefert gleich dreimal so viel Energie wie ein Kilogramm Erdöl.⁷ Somit erreicht die Wasserstoff-Brennstoffzelle einen viel höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren. Doch wie wird der Energieträger der Zukunft hergestellt? Die Wasserstoffherstellung umfasst mehrere Verfahren. Thermische Verfahren wie zum Beispiel die Dampfreformierung von Erdgas oder Biomethan und die Pyrolyse von Kohle oder Biomasse. Beide Verfahren gehören zu den gängigsten Prozessen, da sie besonders günstig sind. Weniger stark verbreitet ist die Wasserelektrolyse. Elektrischer Strom zerlegt hierfür das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Bisher ist die Elektrolyse von Wasser vergleichsweise kosten- und energieintensiv. Die Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energien hat derzeit eine Preisspanne von etwa sechs bis zu zehn Euro je Kilogramm.⁸ Führende Hersteller forschen bereits an einem Weg, die Wasserstoffproduktion umweltfreundlicher und kostengünstiger zu gestalten. Das Ziel: Grüner Wasserstoff. Er ist besonders umweltfreundlich.⁹ Bei seiner Herstellung kommt ausschließlich Energie aus erneuerbaren Quellen zum Einsatz. Das Ergebnis ist komplett klimaneutraler Strom. Von der Herstellung des Wasserstoffs bis zur Energiegewinnung in der Wasserstoff-Brennstoffzelle wie der EFOY JUPITER von SFC Energy.

Wasserstoffspeicher für Industrie und Zuhause

Doch nicht nur als Quelle sauberer und zuverlässiger Energie ist Wasserstoff in Kombination mit der Wasserstoff-Brennstoffzelle das Mittel der Zukunft. Sie hilft ebenfalls dabei, eine der großen Herausforderungen der Energieversorgung zu lösen: die Strom-Speicherung. Bis 2050 soll der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix mindestens 80 Prozent betragen. Und bisher ist Deutschland auf einem guten Weg, das Ziel zu erreichen. Eine große Herausforderung besteht nun darin, den Strom dahin zu bringen, wo er gebraucht wird. Zu den Fabriken und in die Wohnhäuser. Das Ganze dann zuverlässig und unabhängig von Sonne und Wind. Speicherlösungen müssen her, die große Mengen Energie bevorraten können, gleichzeitig aber flexibel und dezentral funktionieren müssen. Der Vorteil der Wasserstoff-Brennstoffzelle im Vergleich zur herkömmlichen Batterie liegt genau hier. Es ist die hohe Energiedichte und die große Speichermenge. Bei Lithium-Polymer-Akkus liegt die Energiedichte bei 140 bis etwa 180 Wattstunden pro Kilogramm Masse (Wh/kg). Bei Wasserstoff liegt sie bei etwa 33.000 Wattstunden pro Kilogramm Masse und damit um ein Vielfaches höher.10

Das macht das flüchtige Gas so interessant zum Speichern großer Mengen an Strom. Bei der Wasserstoff-Brennstoffzelle sind Energiewandler und Energieträger Wasserstoff klar voneinander getrennt. Daher kann immer wieder neu Wasserstoff zugeführt oder auch abgeleitet werden. Vereinfacht gesagt sind somit der Menge an speicherbarer Energie keine Grenzen gesetzt. Konkret kann der Wasserstoff der Brennstoffzelle für Strom aus Wind- und Solarparks als Energiespeicher fungieren. Die Wasserstoff-Brennstoffzelle übernimmt, wenn die Sonne nicht mehr scheint oder der Wind nicht mehr weht und wird so zum Wasserstoff-Stromspeicher. Auch hier kann die Brennstoffzelle als Lösung überzeugen. Geringere, aber nicht minder wichtige Anforderungen hat sie in Wohnhäusern zu erfüllen. Photovoltaik, Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle in Kombination machen Eigenheimbesitzer teilweise autark mit regenerativen Energien. Denn dabei nutzt der Elektrolyseur überschüssige Solarenergie, um Wasserstoff herzustellen und einzulagern. Kein Wunder, dass sich vermehrt private Anwender, eine Wasserstoff-Brennstoffzelle zu kaufen.

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H2 dabei: Die Mobilität von morgen

Ihre zahlreichen Vorteile macht die Wasserstoff-Brennstoffzelle zur perfekten Lösung für ebenso zahlreiche Anwenderbranchen. Beispielsweise als Antwort auf die Frage nach den Mobilitätskonzepten der Zukunft. Auch hier geht der Trend bereits seit Längerem weg vom Verbrennungsmotor hin zu nachhaltigen Elektro-Antrieben. Und auch hier gilt das gleiche Prinzip der Energiegewinnung. Während ein Verbrennungsmotor durch Thermodynamik, also Wärme in Bewegung umsetzt, wandelt die Wasserstoff-Brennstoffzelle den Kraftstoff Wasserstoff direkt in elektrische Energie um. Sie betreibt den Elektromotor. Dabei gilt eine einfache Gleichung: Nutzt das Fahrzeug eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, handelt es sich immer um ein Elektrofahrzeug. Und um ein effizientes dazu. Gegenüber konventionellen Verbrennungsmotoren ist der Wirkungsgrad doppelt so hoch, die Energieverluste sind gleichzeitig weitaus geringer.11 Wer sich für ein Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug entscheidet, ist zudem auch noch emissionsfrei unterwegs. Durch die kontrollierte Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entstehen neben Strom wiederum lediglich Wärme und Wasser. Bereits im Jahr 2015 haben Toyota und Hyundai jeweils ein Brennstoffzellenauto in den Markt gebracht.12

Mobilität ist ein Grundbedürfnis einer jeden modernen Gesellschaft. Eine zentrale Bedeutung kommt dabei dem öffentlichen Personenverkehr zu. Ohne ihn ist Mobilität nicht zu sichern. In Zeiten wachsenden Umweltbewusstseins steigen immer mehr Menschen buchstäblich auf Bus und Bahn um. Bereits heute spart die Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel bundesweit mehr als 15 Millionen Tonnen CO2 ein. Das entspricht etwa dem Ausstoß eines Kohlekraftwerks.13 Was einen erfreulichen Trend darstellt, wird umso erfreulicher durch eine Abnahme des Schadstoffausstoßes von Busflotten.14 Elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind bisher allerdings nahezu ausschließlich als Oberleitungsbus vorhanden. Diese Form stellt dennoch keine zukunftsfähige Alternative dar. Diese Busse sind an das Oberleitungs-Stromnetz gebunden und fahren daher ausschließlich eine festgelegte Route ab. Das macht das System unflexibel. Ein Ausbau wäre mit hohen Kosten und nur durch einen tiefen Eingriff in das Stadtbild möglich.15 Zu vermeiden ist dies bei gleichzeitiger Beibehaltung eines umweltfreundlicheren Personennahverkehrs nur mit einer nachhaltigen Lösung. Diese nachhaltige Lösung stellt erneut die Wasserstoff-Brennstoffzelle dar. Brennstoffzellenelektrische Busse verwenden ein effizientes System in Kombination mit einem Wasserstoffspeicher zur Stromerzeugung an Bord. Von der Leistungsstärke können sich Passagiere bereits überzeugen. In der sogenannten 12-Meter-Klasse und teils auch bei 18-Meter langen Gelenkbussen sorgt die Wasserstoff-Brennstoffzelle für den umweltfreundlichen Antrieb.16

Leise, umweltfreundlich, leistungsstark

Einen Antrieb braucht es bei den stationären Anwendungen hingegen nicht. Was es allerdings braucht, sind nachhaltige Stromerzeuger. Hier ist SFC Energy mit seinen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lösungen ein wichtiger Ansprechpartner. EFOY JUPITER 2.5 Wasserstoff-Brennstoffzellen decken Leistungsbereiche bis zu 20 kW ab. Sie liefern CO2-emissionsfreien Strom und überzeugen durch eine hohe Leistungsdichte, wann immer sie gebraucht wird. Ihre Technik basiert auf langjährigem Know-how und ist für viele Bereiche qualifiziert und bereits markterprobt. So kommt sie beispielsweise als Notstromaggregat in kritischen Infrastrukturen wie Mobilfunkmasten zum Einsatz. Hier hat sich SFC Energy als einer der First-Mover in einem dynamisch wachsenden Zukunftsmarkt positioniert. Mit der flächendeckenden Ausbreitung des 5G-Mobilfunkstandards, der zugleich die Basis für Autonomes Fahren legt, wird auch die Nachfrage nach Notstromaggregaten und Netzersatzanlagen steigen.

Dynamisch wachsend, da Notstromaggregate hohe Anforderungen an ihre Energiequelle stellen. In Sachen Zuverlässigkeit dürfen keine Kompromisse eingegangen werden. Fällt der Strom einmal aus, muss das Notstromaggregat umgehend die Versorgung sicherstellen. Daher setzen Kunden wie der Bund und mehrere Landesregierungen bei ihren Anwendungsbereichen wie dem BOS Digitalfunk (BOSNet) auf die JUPITER-Wasserstoff-Brennstoffzelle. Die Vorteile überzeugen und machen sie zur klaren Gewinnerin gegenüber den bisher bevorzugten Diesel-Generatoren. Im Betrieb liefert die Wasserstoff-Brennstoffzelle bis zu 72 Stunden dauerhaften Strom – ohne klimaschädliche Emissionen. Demgegenüber stößt der Diesel-Generator Feinstaub, Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide (NOx) aus. Hinzu kommt im Gerätebetrieb eine hohe Geräuschemission. Im Abstand von sieben Metern entwickelt der Generator 80 dB(A). Das entspricht dem Lautstärkepegel von starkem Straßenverkehr. Weitaus leiser arbeitet die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Ihr Schallpegel beläuft sich auf 46 dB(A).17 Damit übertönt sogar Vogelgezwitscher (etwa 50 dB(A)) den Gerätebetrieb der EFOY-Jupiter Wasserstoff-Brennstoffzelle.18 Der geringe Wartungsaufwand spricht ebenfalls für die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Im Standby-Modus ist sie nahezu alterungsfrei. Der Dieselgenerator bedarf eines regelmäßigen Ölwechsels und eines halbjährlichen Kraftstoffwechsels.

Einfach und bewährt: die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle

Leiser, leistungsstärker, umweltfreundlicher – klare Vorteile und ein deutlicher Erfolg für die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Für niedrigere Leistungsanforderungen (25 W bis 3,0 kW) bietet SFC Energy Direkt-Methanol-Brennstoffzellen der EFOY COMFORT und EFOY Pro Serie an. Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC/Direct Methanol Fuel Cell) funktioniert ähnlich wie die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Anstatt H2 wandelt sie allerdings Methanol (flüssig) ohne vorherige Reformierung direkt in elektrische Energie um ohne große Wirkungsgradverluste. Positiv sind zudem der wiederum einfache Systemaufbau sowie die hohe Dynamik durch ein effektives Kaltstart-Verhalten.19

Miniaturisierung und Hybridisierung sind ebenfalls Vorteile der EFOY Direktmethanol-Brennstoffzelle. Sie sind ebenfalls äußerst flexibel einsetzbar. Als EFOY übernimmt sie wichtige Aufgaben im Freizeitbereich. Insbesondere dann, wenn der Zugang zum konventionellen Stromnetz nicht gewährleistet ist. Für Reisemobile, Segelboote oder auch in abgelegeneren Ferienhütten sorgt sie für ein vollautomatisches Nachladen der Batterie. EFOY Pro Brennstoffzellen sind speziell für den Einsatz im Industriebereich konfektioniert. Ihr vergleichsweise geringes Gewicht und ihre geringe Größe sind entscheidende Argumente für Anwender rund um die Welt. So übernimmt sie in Fahrzeugen, die während Standzeiten elektrische Geräte mit Strom versorgen müssen, die Bordstromversorgung. Das entlastet die Motor-Batterie. Netzfernen Überwachungsanlagen und Messstationen liefert sie ebenfalls zuverlässig und dauerhaft Energie. Die gleichen Argumente sind es, die die Brennstoffzellen-Technologie auch für Verteidigungsorganisationen interessant machen. Die SFC EMILY 3000 lässt sich schnell und platzsparend in Fahrzeuge integrieren. Ebenso dient sie in Kombination mit dem SFC Power Manager als mobiles Feldladegerät für Funkgeräte oder Radarsysteme. Die SFC JENNY Brennstoffzellen-Serie ist ein portables Gerät, das es ermöglicht, 80 Prozent des Gewichts gegenüber konventionellen Systemen einzusparen.20

Grüner Pionier und leidenschaftlicher Visionär

Ihre Mitarbeiter, Produkte und Geschichte machen die SFC Energy AG einzigartig. Als Brennstoffzellen-Pionier ist sie bereits seit dem Jahr 2000 im Markt vertreten. Von dem großen Know-how profitieren Kunden aus aller Welt und mit den unterschiedlichsten Anforderungen. Egal, ob es sich um Systeme für Notstromaggregate, die Energieversorgung von Messstationen oder die des Reisemobils handelt – SFC Energy sorgt mit den Marken und Produkten JUPITER, EFOY, EFOY Pro, EMILY und JENNY für die passende Lösung. Wir möchten die Zukunft mit nachhaltigen Energiequellen grüner gestalten – gemeinsam mit Ihnen. Treten Sie mit uns in Kontakt, wir helfen gerne persönlich weiter.

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1 http://www.diebrennstoffzelle.de/zelltypen/geschichte/index.shtml

2 https://www.energieagentur.nrw/brennstoffzelle/brennstoffzelle-wasserstoff-elektromobilitaet/brennstoffzellentypen#PEMFC

3 Ebenda.

4 https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/klimaschutz/klimaschutzprogramm-2030-1673578

5 https://www.bmu.de/themen/klima-energie/klimaschutz/nationale-klimapolitik/klimaschutzplan-2050/

6 Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi): „Die Nationale Wasserstoffstrategie“, Stand: Juni 2020, Berlin.

7 https://h2.live/fahren

8 https://www.euwid-energie.de/wie-wird-wasserstoff-hergestellt/

9 https://www.bmbf.de/de/wissenswertes-zu-gruenem-wasserstoff-11763.html

10 https://edison.media/erklaeren/reversible-brennstoffzellen-stromspeicher-mit-wasserstoff/23835848.html

11 https://www.enbw.com/energie-entdecken/mobilitaet/brennstoffzellenantrieb/

12 https://www.handelsblatt.com/auto/nachrichten/brennstoffzelle-toyotas-wasserstoff-autos-sind-noch-sechs-jahre-vom-massenmarkt-entfernt/25053560.html

13 https://www.t-online.de/finanzen/energie/id_68808560/co2-ausstoss-deutsche-kraftwerke-sind-die-klimakiller-europas.html

14 HA Hessen Agentur GmbH (Hrsg.),Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung: „Brennstoffzellen im öffentlichen Personennahverkehr – Elektrobusse verbessern die Lebensqualität in den Städten“, (Alexandra Huss, Marcel Corneille).

15 Ebenda.

16 Töpler, Johannes; Lehmann, Jochen (Hrsg.): „Wasserstoff und Brennstoffzelle – Technologien und Marktperspektiven“; Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 2014, Seite 69 ff.

17 Unternehmensangaben

18 https://www.bgbau.de/themen/sicherheit-und-gesundheit/laerm-und-vibrationen/frequenzbewertung-spitzen-und-dauerschallpegel/

19 Töpler, Johannes; Lehmann, Jochen (Hrsg.): „Wasserstoff und Brennstoffzelle – Technologien und Marktperspektiven“; Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 2014, Seite 103 ff

20 Unternehmensangaben