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E-Mobilität: Der sichere Wechsel

Brennstoffzelle und Lithium-Ionen-Batterien – Freudenberg Performance Materials arbeitet an Komponenten für gleich zwei zukunftsweisende Technologien. Das gemeinsame Ziel: Eine umweltfreundliche Art der Fortbewegung und langfristiger Ersatz fossiler Brennstoffe.

Naturkatastrophen, Überschwemmungen, Stürme – die Gefahr extremer Wetterphänomene steigt stetig an. Der Grund sind die vom Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen und der mit ihnen einhergehende Klimawandel.

Systemwechsel Elektromobilität:

Fahren mit Strom ist nur dann vollständig nachhaltig, wenn sämtliche Stufen der Wertschöpfungskette umweltfreundlich gestaltet werden.

Dass das Aufladen der Akkus mit Ökostrom dazugehört, liegt auf der Hand. Doch die Industrie muss vor allem bei der klimaneutralen Herstellung der Fahrzeuge noch weitergehen als bisher. Auch beim Recycling der Batterien gibt es noch einiges zu tun: Gemeinsam mit Recyclingunternehmen muss an Wiederverwertungsideen im großen Stil gearbeitet werden.

Viel Energie fällt auch bei der   Gewinnung von Materialien wie Kobalt und Nickel an, die vor allem für die Batterieherstellung benötigt werden.

Neben der Forschung an alternativen Batteriematerialien spielt auch das „Smart Grid“ eine wichtige Rolle: Darunter ist die intelligente Vernetzung verschiedenster Orte (Wohnung, Auto, Supermarkt, Einkaufszentrum usw.) gemeint, die sich gegenseitig nicht benötigten (Öko)Strom übertragen und bei Bedarf auch wieder zurückbekommen können. Das spart Überkapazitäten und bedeutet ein großes Potenzial für den Klimaschutz. „Smart Grid“ – das steht jedoch auch für ein hervorragend ausgebautes, intelligentes Netz an Ladestationen. Die entsprechende Infrastruktur ist ein weiterer Schlüsselfaktor für den Erfolg der E-Mobilität.


Dr. Tillmetz

Prof. Dr. Werner Tillmetz

„Wenn alle Autofahrer auf umweltfreundlichen Antrieb umsteigen würden, wäre für unser Klima schon viel getan"

, ist sich Prof. Dr. Werner Tillmetz vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) im baden-württembergischen Ulm / Deutschland sicher. Der promovierte Elektrochemiker leitet den Geschäftsbereich Elektrochemische Energietechnologien und war zuvor 20 Jahre in der Industrie, darunter auch bei Automobilherstellern, tätig. Sein Institut erforscht neben regenerativen Energieträgern auch Batterie- und Brennstoffzellentechnologie und erstellt ökonomische Analysen von Energiesystemen.

„Da rollt eine riesige Welle auf uns zu. In kürzester Zeit wird es viele Veränderungen bei den Mobilitätstechnologien geben.“

Prof. Dr. Werner Tillmetz, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Ulm, Deutschland

„Vor allem China gibt im wahrsten Sinne des Wortes Strom, um Brennstoffzellen- und Batterietechnologien auf den Markt zu bringen.“

Freudenberg Performance Materials hat den Trend bereits früh erkannt und liefert gleich zwei Schlüsselkomponenten für alternative Antriebstechnologien. Zum einen entwickelt das Unternehmen Gasdiffusionslagen (GDL) für Brennstoffzellen und zum anderen Batterieseparatoren für Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

Beide Anwendungen gelten als Schlüsseltechnologien der Energiewende. Doch widersprechen sie sich?

Dr. Banhardt

Dr. Volker Banhardt

Mitnichten, meint Brennstoffzellenexperte Dr. Volker Banhardt von Freudenberg Performance Materials.

„Die Brennstoffzelle produziert Strom, während Lithium-Ionen-Batterien diesen speichern. Beide Technologien ergänzen sich auf perfekte Weise.“

Dr. Volker Banhardt, Head of Sales & Marketing Fuel Cell Products, Freudenberg Performance Materials, Weinheim/Deutschland

 

Das Unternehmen stellt sogenannte Gasdiffusionsschichten her – spezielle Vliesstoffe mit dreidimensionaler Faserstruktur. Sie sind ein wichtiger Bestandteil von Brennstoffzellen, die durch eine Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Wärme und Strom erzeugen können. Gasdiffusionsschichten sorgen für die optimale Zufuhr von Luftsauerstoff zur Kathode und des Wasserstoffs zu Anode und garantieren gleichzeitig den Abtransport des einzigen bei der Reaktion entstehenden Abfallprodukts: des Wassers. Unter Experten gilt die Brennstoffzelle als idealer Ersatz für Verbrennungsmotoren und könnte vorranging in Fahrzeugen mit großem Gewicht oder großer Reichweite zum Einsatz kommen, wie beispielsweise in Bussen oder LKW. Die Funktionsfähigkeit ist bereits mehrfach mit verschiedenen Anwendungen und Fahrzeugtypen erfolgreich nachgewiesen worden.

„Die Reichweite von Brennstoffzellen-Pkw liegt heute bei etwa 500 km oder über 300 Meilen. Hierfür werden bei aktueller Fahrzeugtechnik sowie in Abhängigkeit von Fahrzeug, Fahrweise und Fahrbedingungen etwa 4 bis 6 kg Wasserstoff benötigt. Um für einen Pkw 4 bis 6 kg Wasserstoff bei 700 bar zu speichern, werden etwa 100 bis 150 Liter Tankvolumen benötigt. Otto- oder Benzintanks für Kompakt- und Mittelklasse-Pkw liegen heute bei 50 bis 60 Litern Tankvolumen; während Oberklassefahrzeuge und leichte Nutzfahrzeuge 70 bis 80 Liter mit sich führen.“
Quelle: Shell-Wasserstoff-Studie 2017

Wiederaufladbare Elektroautos mit Lithium-Ionen-Batterien seien dagegen perfekt für den Stadtverkehr geeignet. Vorbehalte, dass Elektroautos eine zu geringe Reichweite haben, lässt Tillmetz nicht gelten.

„Die Reichweite heutiger E-Fahrzeuge mit etwa 300 Kilometern ist für viele Anwendungen wie Zweitwagen oder Paketdienst absolut ausreichend.“

Prof. Dr. Werner Tillmetz

Der Naturwissenschaftler, der sich kürzlich erst selbst ein Plug-In-Hybridfahrzeug zugelegt hat, ist überzeugt davon, dass europaweit schon bald weitere Schnellladenetzwerke entstehen werden. Der Autohersteller Tesla beispielsweise habe sein Netz schon weit ausgebaut. Die Aufladezeit der Akkus bei Langstreckenfahrten wird dadurch deutlich reduziert werden. Damit reicht der Zeitraum eines gemütlichen Kaffeetrinkens aus, während das Auto an der Steckdose den Strom für die nächsten rund 200 Kilometer tankt.

Im Jahr 2014 gab es weltweit rund eine Million Ladestationen für E-Mobile, im Jahr 2020 werden es fast 13 Millionen Stationen sein.

Quelle: Statista
Dr. Weber

Dr. Christoph Weber

Die Reichweite ist für viele ein wichtiger Faktor, soll das Elektrofahrzeug ein vollwertiger Benzin- oder Dieselersatz werden und nicht nur als Zweitwagen für die Spritztour zum Supermarkt herhalten.

„Um die Reichweite moderner Elektrofahrzeuge noch weiter zu steigern, müssen die Batterien in der Lage sein, mehr Energie zu speichern – und das in kürzerer Zeit. Hier kommt unser Batterieseparator ins Spiel“

, erklärt Dr. Christoph Weber, verantwortlich für das Geschäftsfeld Lithium-Ionen-Batterieseparatoren bei Freudenberg Performance Materials.

Beim Schnellladen und bei potenziellen Schadensfällen müssen Batterieseparatoren hohen Temperaturen standhalten können. Unser Safety Separator bietet hier eine hohe Sicherheit.

Dr. Christoph Weber, Head of Lithium Ion Battery Separators, Freudenberg Performance Materials, Weinheim/Deutschland

Wird schnell viel Energie gespeichert, ist die Batteriezelle unweigerlich höheren Temperaturen ausgesetzt. Ultradünne, keramisch imprägnierte Separatoren aus Polyester-Vliesstoff für Lithium-Ionen-Batterien sorgen für eine Temperaturstabilität der Zelle bis hin zu mehreren hundert Grad Celsius. Zudem werden die Zellen dank leistungsfähiger Separatoren auch bei höheren Temperaturen weniger empfindlich gegenüber zunehmend energiereicheren Elektroden sowie mechanischen Belastungen – und somit besonders sicher bei Unfällen.

Inzwischen haben zahlreiche Länder ihren Ausstieg aus der klassischen Welt der Verbrennungsmotoren angekündigt: Neben China und Indien auch Großbritannien, Frankreich, Norwegen, die Niederlande sowie der US-amerikanische Bundesstaat Kalifornien. Allein in Norwegen betrug der Anteil der neuzugelassenen Elektrofahrzeuge im Jahr 2016 bereits knapp 30 Prozent.

 

Anteil der Elektrofahrzeuge an den gesamten Neuzulassungen in ausgewählten Ländern im Jahr 2016

Grafik Neuzulassungen Deutsch

Quelle McKinsey, Statista 2017

Der Traum von einer flächendeckenden, umweltschonenderen Fortbewegung scheint, wenn auch langsam, Wirklichkeit zu werden. Nutzervorteile wie Steuerersparnisse, kostenloses Parken oder die Benutzung von Busspuren locken immer mehr Menschen und geben einen zusätzlichen Anreiz zum CO2-Sparen. „Wer einmal ein leistungsfähiges Auto mit alternativem Antrieb gefahren hat, der will nie wieder auf Benzin oder Diesel umsteigen“, ist sich Tillmetz sicher. „Nicht nur des guten Gewissens wegen, sondern auch, weil es sich darin einfach fantastisch fährt.“

 

Weitere Informationen:

https://separators.freudenberg-pm.com/

https://www.freudenberg.com/mobility

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