hamburg kommt an mit Wasserstoff! Herausgeber Hamburger Hochbahn AG Steinstraße 20, 20095 Hamburg, Tel. 040 /32 88-23 22 www.hochbahn.de Vattenfall Europe AG Überseering 12, 22209 Hamburg Tel. 040/6396-3067 www.vattenfall.de Abdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung der Herausgeber www.hh2wasserstoff.de Gefördert durch: Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Hightech auf Hummelsbüttel: HH2 –tankstelle und brennstoffzellenbus inhaltsverzeichnis inhalt Seite 5 Grußwort des Schirmherrn Ole von Beust Seite 6 Willkommen in der Zukunft: Hamburg testet Brennstoffzellenbusse Seite 8 Wasserstoff – der ewige Kraftstoff Seite 10 HyFLEET:CUTE – mit Wasserstoff mobil in Europa | 02 — 03 CONTENT PAGE 5 Editorial by patron Ole von Beust PAGE 6 Welcome to the future: test of hydrogen powered fuel-cell buses in Hamburg PAGE 8 Hydrogen – the eternal fuel PAGE 10 HyFLEET:CUTE – hydrogen goes mobile in Europe Seite 12 Das HH2-Herzstück in Hummelsbüttel: die Wasserstofftankstelle PAGE 12 The heart of HH2: The hydrogen filling station Seite 14 Wasserstoff – der Grundstoff der Welt PAGE 14 Hydrogen – the world’s primary matter Seite 16 Hochtechnologie in Serie: die CITARO Brennstoffzellenbusse von Daimler EvoBus Seite 18 Von der Apollo-Kapsel in den Stadtbus: die Brennstoffzelle Seite 20 Hamburger Hochbahn AG Seite 22 Vattenfall Europe AG PAGE 16 High tech mass production: CITARO hydrogen buses from Daimler EvoBus PAGE 18 From Apollo space capsule to city bus: The fuel cell PAGE 20 Hamburger Hochbahn AG PAGE 22 Vattenfall Europe AG Hamburg kommt an mit Wasserstoff! editorial | 04 — 05 Seien Sie gegrüsst aus Hamburg! Vor kurzem noch Utopie, heute in Hamburg Realität: Die Busse der HOCHBAHN fahren völlig emissionsfrei mit Wasserstoff – gewonnen ausschließlich mit Hilfe regenerativer Energien wie Sonne, Wind und Wasserkraft. Die Busse bedeuten einen wichtigen Schritt in die Zukunft des öffentlichen Personennahverkehrs in den Ballungsräumen der Welt. Die Fahrzeuge verbrauchen keine fossilen Ressourcen, belasten die Atmosphäre nicht mit CO2 und sind zudem noch leise und komfortabel. Damit erfüllen sie alle Erwartungen, die der Fahrgast an den öffentlichen Personennahverkehr stellt. Eine möglichst saubere Umwelt ist für alle in Hamburg ein wichtiges Ziel. Hamburgs Kompetenz in Wissenschaft und Wirtschaft sowie Hamburgs traditionelle Rolle als Zentrum internationaler Beziehungen sind für uns Verpflichtung: Hamburg hat die Gelegenheit, in der Entwicklung und Erprobung neuer Energie- und Transportkonzepte eine Führungsposition zu besetzen. hamburg kommt an mit Wasserstoff! Vor diesem Hintergrund freue ich mich, dass Hamburg zu den europäischen Städten gehört, die sich an der Erprobung des Brennstoffzellenantriebs im öffentlichen Personennahverkehr und dem Aufbau einer Wasserstoffinfra struktur beteiligen. Die Hamburger Hochbahn AG und die Vattenfall Europe AG sind ideale Partner für ein solches Projekt. Von den Brennstoffzellenbussen werden unsere Pläne für die Stadtentwicklung, etwa für die HafenCity, und auch für die Attraktivität unserer Stadt als Lebensraum insgesamt erheblich profitieren. Ole von Beust, Erster Bürgermeister Freie und Hansestadt Hamburg das hamburger wasserstoffprojekt Partner im EU-Projekt HyFLEET:cute Editorial Hamburg is taking a leading role in a Europe-wide experiment to develop and test new concepts in energy and public transport. Hamburger Hochbahn AG services are operating three buses powered by hydrogen. This is a leap forward for public transportation in Hamburg and beyond. Producing zero emissions, quiet and comfortable, those three buses meet expectations for a cleaner environment in Hamburg and make a global contribution to a reduction of CO2. The corresponding hydrogen filling station is designed and operated by Vattenfall Europe AG. On the spot, hydrogen is produced from renewable energies such as solar, wind and water. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! HH2 in Hamburg | 06 — 07 Der Hamburger Weg Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Ë Bereitstellung von Primärenergie Willkommen in der Zukunft: Hamburg testet BrennstoffzellenBUSSE Die Formel HH2 könnte schon bald zum Kennzeichen für den öffentlichen Personennah verkehr der Zukunft werden – heute steht es zum einen für H2, also für das chemische Element Wasserstoff, und zum anderen für die Hansestadt Hamburg. Die Brennstoffzellenbusse befördern die Hamburger sauberer und umweltverträglicher als jedes andere Verkehrsmittel. Die von Daimler hergestellten Omnibusse gehören zu einem europaweiten Projekt, in dessen Rahmen der Brennstoffzellenantrieb und die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger unter Praxisbedingungen erprobt werden. Energien aus Sonne, Wind und Wasserkraft treiben die leisen und komfortablen Busse an – ihre einzige Emission ist reiner Wasserdampf. Das Projekt HH2 zeichnet sich dabei durch eine umfassende Umweltverträglichkeit aus. Jeder einzelne Schritt –von der Energiegewinnung bis hin zum täglichen Einsatz auf den Buslinien – folgt einem ökologischen Ansatz. So stammt der Strom, mit dessen Hilfe im Elektrolysever fahren aus Wasser gasförmiger Wasserstoff gewonnen wird, ausschließlich aus regenerativen Quellen. Die Her kunft der elektrischen Energie wird durch den Ankauf entsprechender Grünstrom-Zertifikate garantiert. Die Projekt partner Vattenfall und HOCHBAHN haben in Hamburg die gesamte Infrastruktur für die Erzeugung und Lagerung des Wasserstoffs und für die Betankung der Busse aufgebaut – ein technisch autarkes System. Es genügt höchsten ökologischen Anforderungen und bietet zugleich die Möglichkeit, alle Elemente der neuen Technologie unter den Bedingungen des täglichen Busbetriebs zu testen und weiter zu entwickeln. Für die Fahrgäste der neuen Brennstoffzellenbusse, für die Hamburger Bürgerinnen und Bürger und natürlich für Besucher aus aller Welt hat der umfassende Ansatz von Energieumwandlung und -transport HH2 einen entscheidenden Vorteil: In Hamburg gibt es für jeden Inter essierten die Möglichkeit, sich aus erster Hand über alle Vorteile einer vollständig schadstofffreien und CO2-neutralen Antriebstechnik zu informieren. Für die beteiligten Unternehmen bietet sich im Rahmen von HH2 die einmalige Chance, wertvolles Know-how im Umgang mit Wasserstoff, dem Energieträger der Zukunft, und mit dem technisch anspruchsvollen Brennstoffzellenantrieb aufzubauen. Damit rüsten sie sich für kommende Anforderungen im Verkehr und in der Energieversorgung. In Hamburg genügt der Kauf eines Bustickets, um die weltweit modernsten Fahrzeuge zu erleben. Unmittelbar spürbar ist der Brennstoffzellenantrieb durch die geräusch- und vibrationsarme und damit besonders komfortable Fahrt. Noch faszinierender ist für jeden Fahrgast eines Brennstoffzellenbusses der Gedanke, in der Stadt mobil zu sein, ohne die begrenzten fossilen Energie ressourcen der Erde zu verbrauchen oder die Atmosphäre durch Abgase zu belasten. Wasserstoff an der Tankstelle Welcome to the future HH2 could soon be the benchmark for future public transport: HH stands for Hamburg, H2 for the chemical element hydrogen. The fuel cell that runs the electric engines of the fuelcell buses built by Daimler is fed with gaseous hydrogen generated by electrolysis using energy from regenerative sources, and emits solely pure water vapour. hh2 hautnah! Aktuelle Informationen finden Sie im Internet unter www.hh2wasserstoff.de. Besuchen Sie den HH2-InfoRaum auf dem Busbetriebshof der HOCHBAHN in Hummelsbüttel. Terminabstimmung unter der Infoline 040/6396-2200 The infrastructure for producing and storing hydrogen and filling the buses – provided by project partner Vattenfall – is technically self-sufficient, meeting highest ecological standards. HH2 is also a unique chance to acquire valuable knowledge about hydrogen, and to develop fuelcell power under everyday conditions. Buy a ticket and enjoy noiseless, vibration-free and clean travel; fuelcell buses burn no valuable fossil fuel and produce no exhaust fumes. Experience HH2 yourself! See www.hh2wasserstoff.de. Visit the HH2 Showroom. Details: 040/6396-2200 Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Wasserstoff – der ewige Kraftstoff | 08 — 09 Absatzerwartung Benzin und Diesel in Prozent (100 % im Jahr 2000) Absatzerwartung Wasserstoff in Prozent des Treibstoffabsatzes Wasserstoff wird als Treibstoff immer wichtiger. Quellen: Mineralölwirtschafts verband, Verkehrswirtschaftliche Energiestrategie (VES), Europäische Kommission Wasserstoff– der ewige Kraftstoff Ein geschlossener Kreislauf: Bei der Rückgewinnung der Energie in einer Brennstoffzelle entsteht als Emission nur Wasser Energie in Form von Wasserstoff ist sehr effektiv, denn die spätere Freisetzung der Energie in Brennstoffzellen erreicht einen erheblich höheren Wirkungsgrad als klassische Ver brennungsmotoren, die mit Benzin oder Dieselkraftstoff betrieben werden. Wenn der Wasserstoff dann auch noch – wie es im Hamburger Projekt HH2 der Fall ist – durch die Verwendung von Primärenergien wie Sonne, Wasser und Wind gewonnen wird, ist der „grüne“ Kreislauf vollständig geschlossen. Niemand kann exakt vorhersagen, zu welchem Zeitpunkt die fossilen Energiereserven der Welt verbraucht sein werden – sicher ist aber, dass sie begrenzt sind. Neben den oben genannten ökonomischen und ökologischen Gründen, die für den Einsatz der Technologie sprechen, besitzt Wasserstoff ein visionäres Potenzial: Er macht eine Welt vorstellbar, in der politische und wirtschaftliche Abhängigkeiten und Konflikte im Zusammenhang mit der Förderung von beispielsweise Erdöl in den Hintergrund treten. Diese Tatsache macht deutlich: Die Welt braucht neue, unbeschränkt vorhandene Energieträger. Öl und insbesondere Gas werden noch Jahrzehnte eine Hauptenergiequelle sein, doch der Weltenergiebedarf wächst unaufhörlich. Vieles spricht dafür, dass Wasserstoff der Treibstoff unserer Zukunft sein wird. Wasserstoff ist unbegrenzt verfügbar – er lässt sich mit Hilfe jeder beliebigen Energie an jedem Ort der Welt aus Wasser herstellen. Die Speicherung von Die Welt steht vor einer neuen Energierevolution. Die Brenn stoffzelle wird dabei eine entscheidende Rolle spielen. Auch wenn ihr Funktionsprinzip vom britischen Physiker Sir William Grove schon im Jahr 1839 entdeckt wurde, ist es doch erst mit der Technologie von heute möglich, praxis taugliche Anwendungen zu entwickeln, die mehr als nur eine Alternative zum herkömmlichen Verbrennungsmotor und auch zu konventionellen Kraftwerken darstellen. Hydrogen – the eternal fuel Ein geschlossener globaler Kreislauf Ein entscheidender Vorteil von Wasserstoff als Energieträger ist die Tatsache, dass seine Verwendung keine Auswirkung auf die CO2-Bilanz der Atmosphäre hat, wenn die Energie zur Bereitstellung von Wasserstoff aus regenerativen Quel len stammt. Dieses ist im Hamburger Projekt HH2 der Fall. Bei der Rückgewinnung der Energie in einer Brennstoffzelle entsteht als Emission wiederum nur Wasser – der Kreislauf ist geschlossen. Grundlegend anders ist die Situation bei der Nutzung fossiler Brennstoffe. Werden diese zur Energieerzeugung verbrannt, setzt dieser Vorgang unter anderem CO2 frei, das zuvor über Millionen von Jahren gebunden war. Dieses „Treibhausgas“ trägt erwiesenermaßen zur Erwärmung der Atmosphäre bei und ist somit einer der Auslöser für Klima veränderungen. Die Kombination des Energieträgers Wasserstoff mit der Energiegewinnung aus erneuerbaren Quellen, zu denen die Solar- und die Windenergie ebenso gehören wie Wasserkraft, Biomasse oder Erdwärme, ist deshalb ideal: Sie beeinflusst das natürliche Gleichgewicht der Atmosphäre nicht und ist uneingeschränkt nachhaltig. Bis allerdings die Wasserstoff technologie eine ebenso große Verbreitung finden kann wie die heute üblichen Energieträger, ist noch viel Entwicklungs arbeit notwendig. Das Projekt HH2 ist deshalb ein wichtiger Schritt in technologisches Neuland. Die Hamburger Partner tragen durch ihr Engagement dazu bei, die Energie der Zukunft zum Vorteil einer zeitnahen ökologischen Entlastung der Umwelt einsetzbar zu machen. No one knows when fossil fuels will run out, but energy demand is constantly growing. What we clearly need are new, unlimited sources of power. Hydrogen could be the answer: any kind of energy, anywhere in the world, can produce limitless amounts of it from water. Storing energy as hydrogen is efficient because the conversion in a fuel cell has a higher efficiency than classical petrol or diesel engines. If hydrogen can also be produced from primary energy – sun, water or wind – the “green” cycle is complete. Hydrogen has visionary potential, too, making conceivable a world free of such political and economic dependencies as oil creates them nowadays. A new energy revolution is coming, and fuel cells will play a vital role. The principle already was discovered in 1839, but only today’s technology allows us the practical use that makes them more than simply an alternative to conventional combustion engines or power stations. A closed global cycle Hydrogen has a decisive advantage as an energy source: its energy cycle does not emit CO2 if hydrogen is produc ed from renewable energy, as in the HH2 project. Trans formed into energy in a fuel cell, it emits water again – closing the cycle. Fossil fuels, however, are a different story. Burning them sets free the greenhouse gas CO2, contributing to global warming and climatic change. So, combining hydrogen with renewable energy sources – hydroelectric, biomass or geothermal, for example – is ideal. It is atmosphere-neutral and limitless in supply. Much more development is needed before hydrogen technology can be as widely available as other forms of energy. The HH2 project and the involvement of the Hamburg companies are therefore crucial in moving forward. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! HyFLEET:cute – Mit Wasserstoff mobil in Europa | 10 —11 Die HyFLLEET:CUTE Partnerstädte Reykjavík Stockholm Amsterdam Hamburg London Berlin HyFLEET Partnerstadt Madrid Luxemburg HyFLEET:CUTE Mit Wasserstoff mobil in Europa Stuttgart Porto HH2 ist Bestandteil des Projektes CUTE und dem Nachfolgeprojekt HyFLEET:CUTE, Projekte der EU. Die Abkürzungen stehen für Clean Urban Transport for Europe, also für sauberen städtischen Nahverkehr in Europa. Das Projekt wurde im Jahr 2001 initiiert und endete im Jahr 2005. Es wurde von der Europäischen Kommission mit insgesamt 18,5 Millionen Euro gefördert. Barcelona Projektpartner von 2003 bis 2005 Projektpartner von 2003 bis 2007 Projektpartner von 2006 bis 2009 Das Ziel von CUTE war es zunächst, Erfahrungen mit den Brennstoffzellenbussen zu sammeln und die Tankanlage in der täglichen Praxis zu erproben. Dabei wurden jeweils drei Busse unter topografisch und klimatisch unterschiedlichen Bedingungen in den Partnerstädten eingesetzt. Innerhalb dieses Projektes gibt es zwei Projektkomponenten. In den Städten Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg, Madrid und Reykjavik werden die Busse weitere 12 Monate betrieben. Berlin erhält eine neue Flotte mit direkter Wasserstoffverbrennung bis 2009. Die Fahrzeuge und deren Versorgung mit Wasserstoff warenim Alltag höchst zuverlässig. Dabei war der Erfah rungsaustausch während der Projektlaufzeit zwischen den Städten und den Technologieentwicklern ein wichtigerSchlüssel zu der erfolgreichen Erprobung der Wasserstofftechnologie. Die Betriebsphase für die Brennstoffzellenbusse des HyFLEET:CUTE Projektes endet Anfang 2007. Hamburg und Amsterdam haben eine weitere Verlängerung mit dem Fahrzeughersteller EvoBus vereinbart, so dass die Brennstoffzellenbusse in Hamburg bis Mitte 2010 im Straßenbild zu sehen sein werden. Aus diesem Grunde wurde das Projekt CUTE mit Unter stützung der Europäischen Kommission verlängert und erweitert. Es trägt seit 2006 den neuen Projektnamen HyFLEET:CUTE. Stockholm, Stuttgart und Porto sind nicht mehr Partner im HyFLEET:CUTE Projekt. Die Fahrzeuge der Städte Stockholm und Stuttgart waren temporär im Einsatz. Bis 2010 sind jetzt noch 6 Busse in Hamburg im Einsatz. Projektpartner von 2003 bis 2008 HH2 is one of the EU CUTE projects (Clean Urban Transport for Europe) intended to clean up urban public transport in Europe. The initial CUTE project supported by the European Commission with a total of 18.5 euros gained experience in the use of hydrogen buses between 2001 and 2005. The vehicles and the hydrogen supply proved to be extremely reliable on a day-to-day basis and the know-how acquired was groundbreaking for further developing the technology. As a result, the project was expanded and extended to 2006 under the new name HyFLEET:CUTE. In Barcelona, London, Luxembourg, Madrid and Reykjavik hydrogen buses will run until the beginning of 2007. On the basis of an agreement with the manufacturer, EvoBus, six vehicles will still be on the road up until mid 2010 in Hamburg. And the innovative fleet will even continue to be part of the Berlin cityscape up to 2009. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Die Wasserstofftankstelle O2 Trockner Wasserstofftanks Schema der Wasserstoff gewinnung auf dem HOCHBAHN-Betriebshof in Hummelsbüttel Elektrolyseur H2O H2 Strom Das HH2Herzstück in Hummels büttel: Die Wasserstoff tankstelle Kompressor Besondere Bedeutung für den Einsatz der Brennstoffzellenbusse hat der HOCHBAHN Betriebshof Hummelsbüttel: Hier werden die Busse betankt, von hier aus starten sie in den Linienverkehr und hier werden sie gewartet. Die Außenfassade der Tankstelle – im Design des Hamburger Projekts HH2 – verbirgt ein hochkomplexes System, mit dem der Wasserstoff vor Ort hergestellt wird. Kernstück der Anlage ist der vom norwegischen Energiekonzern Norsk Hydro entwickelte Elektrolyseur. Der hier gewonnene Wasserstoff muss in einem Trockner gereinigt werden, da nur Wasserstoff mit sehr hoher Reinheit weiter verwendet wird. Ein zusätzlicher Pufferspeicher dient der Vorratshaltung, von dort gelangt der Wasserstoff über eine unterirdische Leitung in einen zweistufigen Mem brankompressor. Das hier verdichtete Gas kann nun in die acht Speicherröhren, von denen jede gut 7 t wiegt, geleitet und vorgehalten werden, damit die Busse über eine Zapfsäule jederzeit mit 350 bar Druck betankt werden können. Neben der bedarfsgerechten Dimensionierung steht bei der Tankstelle vor allem das Thema Sicherheit im Vorder grund. So gewährleistet eine rund um die Uhr besetzte Leitwarte den sicheren Betrieb. Selbstverständlich ist die gesamte Anlage vom TÜV geprüft. | 12 —13 Kernstück der Anlage ist der vom norwegischen Energie konzern Norsk Hydro entwickelte Elektrolyseur (Ausschnitt) Zapfsäule Ein anderer Aspekt des Wasserstoffs ist vielen bekannt: In einem bestimmten Mischungsverhältnis mit Luft ergibt Wasserstoff ein explosives Gas („Knallgas“). Diese Tatsache hat dazu geführt, dass Vorbehalte gegen die Verwendung von Wasserstoff entstanden sind. Dank der heutigen Erfahrungen im Umgang mit Gasen insgesamt, der umfangreichen Tests der Fahrzeugkomponenten und der Sicherheitsvorkehrungen, die beim Einsatz von Wasserstoff in öffentlichen Verkehrsmitteln getroffen werden, sind die Brennstoffzellenbusse genauso sicher wie Verkehrsmittel, die mit herkömmlichen Kraftstoffen betrieben werden. Zusätzlich wurde in Hamburg Wert auf eine einfache Bedie nung der Tankanlage und den gewohnten Fahrerarbeits platz gelegt – trotzdem haben die Busfahrer eine spezielle Ausbildung erhalten. Ziel des gesamten Projekts ist neben dem Test der Alltagstauglichkeit der Brennstoffzellenbusse auch das Sammeln von Erkenntnissen zur Infrastruktur. Dazu gehört z. B. die Weiterentwicklung der schnellen Betan kung ganzer Busflotten oder der Ausbau von Erfahrungen hinsichtlich des Betriebs von Wasserstofftankstellen. Neben den technischen, ökologischen und ökonomischen Anforderungen an die Produktion und den Einsatz des Energieträgers Wasserstoff wird auch die Akzeptanz der Bevölkerung wesentlicher Einflussfaktor für die künftige Verbreitung von Wasserstoff sein – und dafür ist eine schnelle, unkomplizierte und sichere Handhabung von Wasserstoff ausschlaggebend. The heart of HH2: the hydrogen filling station Hydrogen buses start their journey from the Hum melsbüttel depot. This is where the maintenance facilities and the fuelling station are located. The filling station’s heart is the electrolyser, where hydrogen is produced. After purification and compression, the gas is stored in cylinders ready to fuel the buses. Under certain conditions hydrogen is of course explosive. But modern experience with gases, plus thorough testing of vehicle components, and special safety provisions, make fuel-cell buses safe. Aside from testing the viability of fuel cells in daily use, buses must be easy to fuel. Infrastructure is just as important, paving the way for fast fuelling of whole bus fleets and efficient filling stations. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Wasserstoff – der Grundstoff der Welt | 14 —15 Wasserstoff– der Grundstoff der Welt Die Tanks in den Brennstoffzellenbussen werden mit einem Druck von bis zu 350 bar befüllt Elektrolyse Ionen transportieren im Wasser Ladung zwischen zwei Gleichstrom-Elektroden: Von der Kathode (Minuspol) werden Elektronen abgegeben, und es entstehen OH --Ionen und Wasserstoff. An der Anode (Pluspol) geben die Ionen die Elektronen wieder ab, es bilden sich Sauerstoff und Wasser Wasserstoff ist nicht nur das häufigste Element im Weltall – es ist der Stoff, aus dem das Universum ent standen ist. Die Sonne besteht zu 84 Prozent aus Wasserstoff. Zugleich ist Wasserstoff das am einfachsten aufgebaute Element und steht im Periodensystem der Elemente an erster Stelle. Obwohl Wasserstoff allgegenwärtig ist, kommt er in seiner reinen Form als extrem leichtes, farb- und geruchsloses Gas in der Natur kaum vor. Will man ihn gewinnen, muss man ihn aus chemischen Verbindungen herauslösen – beispielsweise aus Wasser. Gut zehn Minuten dauert ein Betankungsvorgang bei einer Füllmenge von etwa 44 kg Wasserstoff. Davon werden – bei Hamburgs topographischen Gegebenheiten – etwa 40 kg tatsächlich genutzt, was einer Fahrleistung von 200–250 km pro Tag und Bus entspricht Aus Wasser wird auch der Wasserstoff gewonnen, der als Antrieb für die Brennstoffzellenbusse in Hamburg dient. Er wird vor Ort – direkt auf dem HOCHBAHN Betriebshof in Hummelsbüttel – durch Elektrolyse erzeugt. Unter Zufuhr von elektrischer Energie spaltet sich das Wasser im Elektrolyseur in gasförmigen Sauerstoff, der an die Atmosphäre abgegeben wird, und in ebenfalls gasförmigen Wasserstoff, der für den Antrieb der Busse gespeichert wird. Dieser Wasserstoff ist ungiftig und nicht schädlich für Umwelt oder Klima. Der Hamburger Elektrolyseur hat eine Leistung von bis zu 60 Kubikmeter/ 5kg Wasserstoff pro Stunde. Der durchschnittliche Energiebedarf der Brennstoffzellenbusse liegt bei rund 20kg Wasserstoff auf 100 km. Hydrogen – the world’s primary matter Die Speicherung und der Transport des Wasserstoffs zählen zu den technischen Herausforderungen bei der Entwick lung der neuen Antriebskonzepte. Denn Wasserstoff nimmt durch seine geringe Dichte unter normalen Druckverhältnissen einen extrem großen Raum ein. Will man also in Tanks von geringer Größe Wasserstoff für eine akzeptable Nutzungsdauer und Reichweite mitführen, muss der Wasserstoff stark komprimiert werden. Storage and transport of hydrogen is a technical challenge. Under normal pressure, low density hydrogen fills a lot of space, so for filling the bus tanks it has to be pressurised at 350 bar. A load of hydrogen amounts to only about 44 kg. The 40 kg used in Hamburg will allow the bus a driving cycle of about 200–250 km. Hydrogen is the world’s most abundant element. The universe was created from it and the sun is 84 per cent hydrogen. Hydrogen – a light, colourless and odourless gas – has to be extracted from chemical compounds, such as water. Hydrogen for fuel-cell buses is extracted from water by electrolysis at the HOCHBAHN depot. Electrical energy splits the water in the electrolyser into gaseous oxygen and gaseous hydrogen, which is stored for fuel. It is harmless to the environment. The HH2 electrolyser produces up to 60 cu m / 5kg hydrogen an hour. The average consumption of the buses is approximately 20 kg per 100 km. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Die CITARO brennstoffzellenbusse Bei genauerem Hinsehen unterscheidet nur das höhere Dach den CITARO mit Brennstoffzellenantrieb von herkömmlichen, dieselbetriebenen Bussen: | 16 —17 Wasserstoff-Druckgasbehälter Brennstoffzellen Kühlmodul Hochtechnologie in Serie: Die CITARO BRENNstoffzellenbusse von EvoBus Name: CITARO Fuel Cell Bus Kleinserie: 36 Modelle Gesamtplätze: 61 Elektromotor: 600 Volt, 220 kW Antriebsleistung Brennstoffzellenstacks: Typ Mark 900 (Ballard) Druckgasbehälter: 9, Speichervolumen gesamt von 1.845 Litern Druck: 350 bar bezogen auf 15 Grad Celsius High tech mass production: Citaro fuelcell buses from Daimler EvoBus Wenn nicht die besondere Gestal tung wäre: Es könnte passieren, dass man in eins der modernsten Verkehrsmittel weltweit einsteigt, ohne die Besonderheit dieses Fahr zeugs zu bemerken. Bei genauerem Hinsehen unterscheidet nur das höhere Dach den CITARO mit Wasserstoffantrieb von den herkömmlichen, dieselbetriebenen Bussen des Herstellers Daimler, die bei der HOCHBAHN im Einsatz sind. Im Dach ist der größte Teil der speziellen Aggregate für den Wasserstoffantrieb untergebracht. Doch spätestens beim Anfahren bemerkt man einen signifikanten Unterschied: Das Geräusch des Dieselmotors fehlt, das Fahrzeug fährt leise und ohne die Vibrationen eines Verbrennungsmotors. Die Brennstoffzelle selbst arbeitet vollkommen geräuschlos über den Köpfen der Fahrgäste. Hier, im erhöhten Dach, befinden sich die zu so genannten Stacks gebündelten Brennstoffzellen – in ihrer Anordnung mit den Zylindern eines herkömmlichen Verbrennungsmotors vergleichbar. Produziert vom kanadischen Hersteller Ballard, gehört der Typ Mark 900 zu der neuesten Generation der Brennstoffzellen. Aber auch die Wasserstofftanks und zahlreiche Nebenaggregate wie Pumpen, Filter und Kühleinrichtungen sind auf dem Busdach sicher platziert. Der Einbau der Anlagen im Dach ist in Hinblick auf die gute Zugänglichkeit für Wartung und Reparaturen ideal. Zudem ergibt er sich aus den strengen Sicherheitsstandards für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und aus der langen Erfahrung von Daimler in der Produktion von gasbetriebenen Omnibussen. The shape of the roof makes it special. It’s the only obvious difference between the fuelcell CITARO and conventional Daimler diesel buses driving around Hamburg. Neu ist der Einsatz eines Elektromotors mit 220 kW Antrieb leistung. Das herkömmliche Sechsgang-Automatikgetriebe, die Gelenkwelle und die Hinterachse haben sich in Serien bussen bereits vielfach bewährt, ihr Einsatz bringt viele Vorteile. So nehmen zum einen die Fahrzeuge nur eine kurze Einweisungszeit der Fahrer in Anspruch, und im Linien verkehr lassen sie sich ebenso zügig bewegen wie die Busse mit Dieselmotor. Des Weiteren wird so testmethodisch sichergestellt, dass die Brennstoffzellenbusse in der Praxis adäquat mit herkömmlichen Fahrzeugen verglichen werden können. Der CITARO mit Brennstoffzellenantrieb bedeutet für Daimler den Schritt von der Prototypenphase (NEBUS) hin zur Serienfertigung: 36 dieser Busse wurden im Werk Mannheim hergestellt. 10% Windkraft 10% Solarenergie 95% Erdöl 20% Wasserkraft 40% Erdgas 5% Sonstiges 20% Erdöl Gegenüberstellung der Treibstoffquellen für den öffentlichen Nahverkehr momentan (Abb. links) und im Rahmen des gesamten Projekts HyFLEET:CUTE (Abb. rechts) But when the bus starts moving the differ ence is significant: there’s no engine sound, the bus glides smoothly along. The fuel-cell stacks above the passengers’ heads play the role of cylinders in a combustion engine. The roof also houses the hydrogen tank and pump, filter and cooling units securely, and is easily accessible for maintenance. The 220 kW electric engine is new, but the conventional six-gear automatic transmission, drive shaft and back axle are from series production. This means that drivers soon feel at home behind the wheel and journey times are as fast as with diesel. Furthermore, a comparision between fuel-cell buses and conventional buses can be adequately drawn. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Von der ApolloKapsel in den Stadtbus: die Brennstoffzelle Die Brennstoffzelle hatte, wie so viele neue Technolo gien, ihre Bewährungsprobe im All: Die Stromversor gung der Apollo-Kapseln beim Flug zum Mond wurde mit Hilfe von Brennstoffzellen sichergestellt. Andere Energiequellen wie etwa Batterien wären dieser Aufgabe nicht gewachsen gewesen. Das Wasser, das die Brennstoffzellen als Emission abgaben, diente übrigens zur Trinkwasserversorgung der Astronauten. Jeder Bus ist mit 600 einzelnen Brennstoffzellen ausgestattet, die zu so genannten „Stacks“ gestapelt werden Das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle ist einfach, der Bau von leistungsfähigen Zellen dennoch anspruchsvoll. In der Brennstoffzelle findet gewissermaßen eine „umgekehrte Elektrolyse“ statt – Wasserstoff und Sauerstoff verbinden sich zu Wasser, bei diesem Vorgang entsteht elektrische Energie. Diese Art der Oxidation wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Diese findet im Fall der bei HH2 eingesetzten Brennstoffzellen bei einer Temperatur von ca. 80 Grad statt. Entscheidend für die Funktionsfähigkeit der Zelle ist eine hochfeine Membran, durch die man die Wasserstoff- von der Sauerstoffseite der Brennstoffzelle trennt. Diese Membran lässt nur die Protonen in Richtung der Sauerstoffseite durch, auf diese Weise entsteht in der Zelle elektrische Spannung. Die Brennstoffzelle | 18 —19 Vorgang in der Brennstoffzelle 1. Zuführung von Wasserstoff und Sauerstoff in die Brennstoffzelle 2. Wasserstoff wird aufgespalten, Protonen wandern durch die Membran zur Sauerstoffseite 3. Elektronen wandern durch den elektrischen Leiter. Es fließt Strom, Wasser entsteht Hydrogen and oxygen are fed into the fuel cell Hydrogen is separated and protons move through the membrane to the oxygen side Electrons pass through the electrical conductor. Electric current flows, water is produced Der Vorteil der Brennstoffzelle ist die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie ohne den Umweg über Wärme oder mechanische Energie. Da hierbei kaum Energieverluste – etwa durch Wärmeentwicklung wie bei herkömmlichen Motoren – entstehen, ist der Wirkungs grad der Brennstoffzellen mit bis zu 60 Prozent sehr viel höher als der von Otto- oder Dieselmotoren. Anders als Batterien müssen Brennstoffzellen nicht aufgeladen werden. Führt man ihnen Wasserstoff zu, geben sie sofort elektrische Energie ab. So können sie im Brennstoffzellenbus den Elektromotor für den Antrieb, die automatischen Türen, die Beleuchtung und die Klimaanlage mit Strom versorgen. Brennstoffzellen eignen sich nicht nur für die Energie versorgung von Fahrzeugen: Sie werden als Kraftwerke für Unternehmen und öffentliche Einrichtungen eingesetzt. Schon heute arbeiten Forscher zudem an MiniaturBrennstoffzellen für den Einsatz in elektrischen Geräten wie Laptops oder Mobiltelefonen. From Apollo space capsule to city bus: the fuel cell Like many technologies, the fuel cell was tested in space. Fuel cells provided the power to the Apollo capsules on their way to the moon – the water byproduct quenched the astronauts’ thirst. The function of fuel cells is simple, but producing efficient fuel cells is not. A kind of “back to front” electrolysis takes place. Hydrogen and oxygen are converted into water by “cold” combustion, setting off electrical energy. Crucial is the thin proton-conducting membrane separating the hydrogen from the oxygen in the fuel cell. It only lets protons into the oxygen side, which sparks electrical voltage. Fuel cells have the advantage of transforming chemical energy directly into electricity. Thus the loss of energy can substantially be reduced, so that the efficiency of the fuel cells is up to 60 per cent higher than that of diesel or petrol engines. Fuel cells do not need recharging: as soon as they have hydrogen, they produce energy which runs the fuel-cell buses’ electric engines, automatic doors, lighting and ventilation. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! Hamburger Hochbahn AG: Motor des ökologischen Fortschritts Die HOCHBAHN versteht ihre Dienstleistung als gesell schaftlichen Auftrag und fühlt sich auch kommenden Generationen verpflichtet. HOCHBAHN Mit der Unterzeichnung der „UITP-Charta für nachhaltige Entwicklung“ des internationalen Verbandes fürÖffentliches Verkehrswesen hat die HOCHBAHN dokumentiert, dass sie nicht nur umweltbewusst mit den wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Umweltressourcen umgeht, sondern dies auch in ihrer Geschäftspolitik verankert hat. technologie sind ein klares Bekenntnis zum emissionsfreien und nachhaltigen öffentlichen Personennahverkehr der Zukunft. Die Praxistauglichkeit der Brennstoffzellentech nologie wird sich mit Unterstützung durch die HOCHBAHN im Rahmen des EU-weiten HyFLEET:CUTE-Projekts erheblich beschleunigen und so bereits innerhalb der nächsten zehn Jahre den Übergang zu einem emissionsfreien Busverkehr ermöglichen. Dies ist ein Beitrag der HOCHBAHN zur Steigerung der Lebensqualität Hamburgs. Bei der Entwicklung neuer, zukunftstauglicher Antriebstechnologien nimmt die HOCHBAHN eine aktive Rolle ein. Die Investitionen in das Projekt HH2 und das Engagement bei der Erprobung der Brennstoffzellen Die HOCHBAHN konzentriert sich dabei bewusst auf die Technologie von morgen – der Erdgasantrieb, der heute bereits zur Verfügung steht, ist auf fossile Energien an gewiesen und stellt auch als Interimslösung zwischen dem | 20 — 21 Dieselmotor und der Brennstoffzelle aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen keine echte Alternative dar. Das Projekt HH2 steht in der Tradition zahlreicher Umwelt aktivitäten der HOCHBAHN. Im Schienenpersonen nahverkehr ist die Einsparung von Fahrenergie ein kontinuierliches Ziel des Unternehmens. Im Busbereich hat die HOCHBAHN schon sehr früh CRT-Feinstaubfilter und schwefelfreien Kraftstoff eingesetzt. Mit einem brennstoffzellenbetriebenen Bus hat das Unternehmen bereits erste Erfahrungen gemacht: 1999 wurde der NEBUS (New Electric Bus), ein Daimler-Prototyp, mit großem Erfolg auf HOCHBAHN Buslinien eingesetzt. HOCHBAHN declares responsibility to future generations. 2005 auf Initiative des damaligen Senators für Stadtentwicklung und Umwelt Dr. Michael Freytag gegründet, fördert hySOLUTIONS die Anwendung und Kommerzialisierung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in Hamburg. hySOLUTIONS unterstützt ihre Projektpartner wie HOCHBAHN (ist zu 61% an hySOLUTIONS beteiligt) und Vattenfall (ist zu 25% an hySOLUTIONS beteiligt) bei der Planung und Umsetzung von Demonstrationsprojekten. With the signing of the UITP “Charter on Sustainable Development”, the HOCHBAHN once again confirmed its commitment to the environment. A commitment which, incidentally, has led to many achievements. For example, the company quite recently highlighted its commitment to fuel cell power as well as its resolve to make the transition to an emission-free bus fleet within the next ten years by participating in the EU project HyFLEET:CUTE. The HOCHBAHN also started using CRT filters and sulphur-free fuel, and developed efficient energy-saving strategies for public rail transport at a very early stage. Hamburg kommt an mit Wasserstoff! VATTENFALL | 22 — 23 vattenfall: der partner für innovative Energie versorgung heute und morgen Vattenfall – Strom und Wärme für Hamburg Vattenfall Europe AG: innovative energy supply for today and tomorrow Die Brennstoffzellenbusse fahren mit Energie der Vattenfall Europe AG – der Wasserstoff, mit dem die Fahrzeuge angetrieben werden, wird mit Hilfe von Strom erzeugt, den das Energieunternehmen liefert und der mit GrünstromZertifikaten für Energie aus rege nerativen Quellen ausgestattet ist. Vattenfall fördert aktiv neue Energie technologien: Während heute noch ein großer Teil der Energie aus konventionellen Quellen wie der Kernenergie oder Kohlekraftwerken stammt, werden seit langem bereits alternative Strategien entwickelt, die in der Zukunft diese Energie quellen ergänzen oder an ihre Stelle treten können. Vattenfall fühlt sich traditionell in besonderem Maße dem Umweltschutz und der Ressourcenschonung verpflichtet. Aus diesem Grund setzt das Unter nehmen immer mehr auf verschiedene Energiekonzepte, die eine Reduzierung der CO2-Emissionen er möglichen. Zu den viel versprechen den Ansätzen gehört der Einsatz von Mikroturbinen oder Brennstoffzellen als dezentrale Energiequellen ebenso wie die Vernetzung lokaler Einheiten zum „virtuellen Kraftwerk“. Die Reduzierung der CO2-Emissionen im Sinne des Kyoto-Protokolls ist ein Kernthema in den Umweltaktivitä ten von Vattenfall. Dank dem Han del mit Grünstrom-Zertifikaten und dem Endverbraucherprodukt „Hamburg newpower“ kann beispielsweise jeder Bürger in seinem Haushalt CO2-neutrale Energie aus regenerativen Quellen nutzen und somit Umweltprojekte in den Regi onen unterstützen, in denen sie am effektivsten sind. Das gleiche Prinzip gilt auch für die Energieversorgung der Brennstoffzellenbusse. Auf diese Weise ermöglicht es Vattenfall als Energieversorger jedem Einzelnen, an der Nutzung von CO2-neutraler Energie teilzuhaben und damit die Produktion von durchschnittlich 5,6 Tonnen CO2 pro Jahr und Kopf deutlich zu reduzieren. Die Vattenfall Europe AG repräsentiert einen bedeutenden Teil der schwedischen Vattenfall-Gruppe, des fünftgrößten Energiekonzerns Europas. Kerngeschäft von Vattenfall sind die Erzeugung, die Verteilung und der Vertrieb von Strom und Wärme sowie die Bereitstellung von Energiedienstleistungen und -lösungen. Vattenfall beteiligt sich neben HyFLEET:CUTE noch an weiteren europäischen Projekten zur Entwicklung der Wasserstofftechnologie. The fuel-cell buses run on hydrogen produced from electricity from certified “green” sources supplied by Vattenfall. Vattenfall actively promotes new energy technologies. Through its commitment to the conservation of the environment and natural resources, it is increasingly involved in a range of CO2reducing energy concepts. Cutting CO2 pollution in line with Kyoto is a Vattenfall priority: trade with “green energy” certificates combined with "Hamburg newpower," for example, allows consumers to participate using CO2-neutral renewable energy at home and support local environmental projects. Through fuel-cell buses, Vattenfall helps each passenger to contribute to reducing annual CO2 emissions averaging 5.6 tonnes per person. Vattenfall Europe AG belongs to the Vattenfall Group, Europe’s fifth largest energy company. Its core business is producing, supplying, distributing and selling power and heating.
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