View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

1 Einleitung
tung. Dies wird politisch unter anderem durch Förderung von Forschungsprogrammen und
durch Festschreiben von CO2-Reduktionszielen unterstützt, die in Form eines CO2-
Zertifikathandels umgesetzt werden. Daraus resultiert ein wirtschaftlicher Anreiz, die Energieeffizienz
zu steigern und in die Entwicklung moderner Energiewandlungsprozesse zu investieren.
Auch die steigende gesellschaftliche Bereitschaft, höhere Preise für weniger klimaschädliche
Produkte zu akzeptieren, treibt diese Entwicklung an.
Ein weiterer treibender Faktor zur Steigerung der Energieeffizienz sind die steigenden Kosten
der Energieträger. Unter anderem hat die hohe Nachfrage nach Rohöl, die vor allem
durch den schnell ansteigenden Weltenergiebedarf und die begrenzten Förderkapazitäten
begründet ist, in den vergangenen Jahren zu einer Vervielfachung des Ölpreises geführt.
Auch wenn die Förderkapazitäten mittelfristig ausgebaut werden können, wird sich die Förderrate
aufgrund der begrenzten Rohölreserven nicht immer weiter steigern lassen. Das Maximum
der Ölförderrate wird zwischen 2015 und 2025 erwartet [4]. Aufgrund der anschließenden
Verknappung des Rohstoffs ist langfristig nicht mit sinkenden Ölpreisen zu rechnen.
Diese Perspektive hat zur Folge, dass derzeit vermehrt in neue, effizientere Technologien
zur Energieumwandlung investiert wird. Um die Technologieführerschaft in diesem strategisch
wichtigen Markt zu sichern, wird diese Entwicklung in der EU durch politisch motivierte
Energieeffizienzoffensiven unterstützt.
1.1 Motivation
Im Transportsektor haben Brennstoffzellen ein großes Potential zur Steigerung der Energieeffizienz,
da sie im Gegensatz zu Verbrennungskraftmaschinen eine effizientere Umwandlung
von chemischer Energie in elektrische ermöglichen. Neben dem höheren Wirkungsgrad
gehören geringere Geräuschemissionen und ein verminderter Schadstoffausstoß zu den
Vorteilen dieser Technologie.
Neben der Erzeugung der Antriebsenergie bietet sich die Anwendung von Brennstoffzellen
zur Bordstromerzeugung in Flugzeugen, Schiffen und Kraftfahrzeugen an. In Flugzeugen
werden heute Bordstromaggregate (APUs – Auxiliary Power Units) auf Basis von Gasturbinen
eingesetzt, die jedoch nur einen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 15 % erzielen [5].
Durch die zunehmende Elektrifizierung der Nebenaggregate in Flugzeugen und Fahrzeugen
kommt einer effizienteren Stromversorgung mit Brennstoffzellen-APUs eine immer größere
Bedeutung zu [6, S. 499f.]. Brennstoffzellen-APUs können Wirkungsgrade zwischen 35%
und 41% erreichen [6, S. 524f.]. In Schiffen kann durch den Einsatz von Brennstoffzellen-
APUs der Schadstoffausstoß während der Liegezeit im Hafen stark reduziert werden, da das
Antriebsaggregat während dieser Zeit nicht zur Stromerzeugung betrieben werden muss.
Insbesondere in der Umgebung von Häfen und Flughäfen wird eine Verringerung des
Schadstoffausstoßes während der Standzeiten zunehmend gefordert. Daher haben besonders
die Flugzeugindustrie und die Schifffahrtsindustrie großes Interesse an dieser Technologie.
Um einen zusätzlichen Energieträger an Bord zu vermeiden und den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur
zu umgehen, muss die Brennstoffzellen-APU mit demselben Kraftstoff wie
das Antriebsaggregat betrieben werden können. Für Anwendungen im Transportsektor sind
Hochtemperatur-Polymermembran-Brennstoffzellen (HT-PEFC) aufgrund ihrer guten dynamischen
Charakteristiken besonders geeignet [6, S. 503f.]. Da HT-PEFCs mit Wasserstoff
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