16. Oktober 2021
Wie unterstützt EMCEL Sie bei der Förderung von Machbarkeitsstudien für Busse mit alternativen Antrieben?
Im Rahmen einer Förderung von Machbarkeitsstudien für Busse können unsere Handlungsempfehlungen als Ansatz für Ihre Strategieentwicklung verwendet werden. Mit unserer Unterstützung können Sie Ihre Ziele nach Emissionsfreiheit und Klimaneutralität im ÖPNV-Bereich erreichen. Passend zum Förderaufruf des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) stellen wir in dieser Frage des Monats vor, was EMCEL unter einer Machbarkeitsstudie versteht und wie diese durch das BMVI gefördert werden kann. mehr » 
Die variablen Kosten eines Elektroautos (hiermit sind sowohl rein batterieelektrische Fahrzeuge als auch die elektrisch angetriebenen Brennstoffzellen-PKW gemeint) sind von vielen Parametern abhängig. Insbesondere die verschiedenen Lade- und Tankinfrastrukturen beeinflussen die Kosten einer beispielhaften 100km weiten Fahrt. Im direkten Vergleich ist zu erkennen, dass Elektroautos in Kombination mit bestimmten Lade- und Tankmöglichkeiten zu sehr unterschiedlichen Kosten führen können. 
Eine neue Studie des ICCT (International Council on Clean Transportation) zeigt eindeutig, dass bereits 2021 zugelassene Elektroautos (Batterie und Brennstoffzelle) weltweit deutlich weniger Treibhausgasemissionen verursachen als konventionelle Pkws mit Verbrennungsmotor. Grund hierfür sind die großen Fortschritte in der Batterieherstellung sowie ein stetig steigender Anteil erneuerbarer Energien am globalen Strommix. Darum folgt hier ein Update unserer Frage des Monats Mai 2019 „Wie umweltfreundlich sind Elektroautos?“. 
Seit Beginn dieses Jahres sind die Änderungen im EEG 2021, welche die Erzeugung von grünem Wasserstoff und synthetischer Energieträger forcieren sollen, rechtskräftig (vgl. Frage des Monats Februar 2021: "EEG 2021: Wie ändert sich die EEG-Umlage für die Wasserstoffproduktion?"). Am 24.06.2021 wurde nun die Verordnung zur Umsetzung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEV) durch den Bundestag beschlossen. Darin werden die Anforderungen für Elektrolyseanlagen definiert, die eine gesetzliche Befreiung der Zahlungsplicht der EEG-Umlage nach §69b des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes ermöglichen. 
Im Mai 2021 haben das Bundeswirtschafts- und das Bundesverkehrsministerium 62 Wasserstoff-Großprojekte ausgewählt, die im Rahmen eines gemeinsamen europäischen Wasserstoffprojekts (Wasserstoff-IPCEI) staatlich gefördert werden. Die Förderung stellt ein wichtiges Instrument für die Umsetzung der nationalen Wasserstoffstrategie dar und soll Deutschland eine Vorreiterrolle in der Wasserstofftechnologie verschaffen. 
Kläranlagen und Wasserstoff besitzen das große Potenzial verschiedener Synergien. Neben verschiedener Möglichkeiten der Wasserstofferzeugung gibt es vor Ort vielseitige Nutzungspfade für den erzeugten Wasserstoff, die anfallende Abwärme und den produzierten Sauerstoff. 
Findet ein Elektrolyseprozess bei Temperaturen von über 100 °C statt, wird von der Hochtemperatur-Elektrolyse gesprochen. Durch die Nutzung von Abwärme können höhere Wirkungsgrade als bei der Niedertemperatur-Elektrolyse erzielt werden. Sie bietet daher besonders für die Anbindung an Industrieprozesse, die große Mengen an Abwärme zur Verfügung stellen können, ein großes Potenzial. 
Insgesamt gibt es vier verschiedene Betreibermodelle von Wasserstofftankstellen, die sich in Aspekten, wie z.B. Kosten und Eigenaufwand sowie dem Einfluss auf die Gestaltung teils sehr stark unterscheiden. Für Flottenbetreiber (Busse, Lkw, Kommunalfahrzeuge) stellt die Brennstoffzellen-Technologie oft eine erhöhte Einstiegshürde aufgrund der benötigten Wasserstoffinfrastruktur dar (siehe Frage des Monats Januar 2019 ). Diese Einstiegshürde kann mithilfe der folgenden Betreibermodelle von Wasserstofftankstellen bewältigt werden. 
Gemäß den Änderungen des EEG 2021 soll die EEG-Umlage für die Wasserstoffproduktion mittels Elektrolyse reduziert werden. Darüber hinaus soll die Produktion von grünem Wasserstoff gänzlich von der Umlage befreit werden. Allerdings steht eine klare Definition von grünem Wasserstoff ( siehe Frage des Monats Dezember 2020) bislang noch aus. 
LOHC-Wasserstoffspeicher nutzen flüssige Wasserstoffträgermedien, mit deren Hilfe Wasserstoff bei Umgebungstemperatur gespeichert und transportiert werden kann. 
Grüner Wasserstoff wird momentan unterschiedlich definiert. Seitens des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) wird ausschließlich jener Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energien produziert wird, als grün bezeichnet. In der europäischen Richtlinie 2018/2001 (RED II) besteht gegenwärtig ebenfalls keine eindeutige Definition für grünen Wasserstoff. 
Unter der Sektorenkopplung wird die physische Kopplung verschiedener Infrastrukturen der Energieversorgung verstanden. Dabei werden per Definition die Sektoren Energiewirtschaft (Strom, Wärme, Gas), Mobilität und Industrie verknüpft. 
Die Dunkle Fermentation erzeugt mittels anaerober Vergärung aus Biomasse Biowasserstoff (H2), Methan (CH4), und Kohlenstoffdioxid (CO2). Der in diesem Verfahren hergestellte Biowasserstoff wird als grüner Wasserstoff deklariert 
Heute gibt es in Deutschland zwei wesentlich unterschiedliche Systeme zur Beschreibung der Reinheit von Wasserstoff. In der Industrie wird diese nach einem Zahlencode, wie in der Grafik auf der linken Seite dargestellt, beschrieben. Seit einigen Jahren findet sich im Brennstoffzellenbereich auch häufiger die Bezeichnung nach DIN EN 17124, wie auf der rechten Seite der Grafik aufgeführt. 
Elektrische Kommunalfahrzeuge liefern einen Ansatz das Henne-Ei-Problem hinsichtlich Fahrzeugbeschaffung und Infrastruktur zu lösen: Fahrzeuge können eine einzelne, z.B. auf dem Werksgelände installierte Ladestation bzw. H2-Tankstelle anfahren und sind nicht auf ein ausgebautes Infrastrukturnetz angewiesen. 
Brennstoffzellen-Abfallsammelfahrzeuge (BZ-ASF) erleben derzeit sowohl aus technischer Sicht als auch in den regulatorischen Rahmenbedingungen einen großen Aufwärtstrend, nicht zuletzt durch die 2019 verabschiedete EU-Richtlinie Clean Vehicles Directive (CVD). 
Gegenwärtig existieren vier verschiedene Druckbehältertypen auf dem Markt – Typ 1 bis Typ 4. Alle vier Typen der Wasserstoffdruckbehälter dienen der Speicherung von gasförmigem Wasserstoff. Der Druckbereich liegt dabei typischerweise zwischen 200 und 700 bar. Nachfolgend werden die vier Druckbehälter-Typen verglichen und deren Einsatzgebiete erläutert. 
Bereits heute ist die Ökobilanz von Elektrobussen - fokussiert auf die klimarelevanten Emissionen angegeben in CO2-Äquivalenten - besser als die konventioneller Dieselbusse. Im Gegensatz zu dem Well-to-Wheel Ansatz, bei dem lediglich die Kraftstoffbereitstellung und der Fahrbetrieb untersucht wird, bewertet die Ökobilanz anhand einer Lebenszyklusbetrachtung zudem die klimarelevanten Emissionen von der Entnahme und Nutzung von Ressourcen bei der Herstellung bis hin zu Emissionen von Schadstoffen bei dem Betrieb und der Entsorgung. 
Wasserstoff prägt zunehmend die Energielandschaft in Deutschland und wird in den Sektoren Mobilität, Industrie, Strom und Wärme eingesetzt. Dabei liegt der derzeitige Fokus bundesweiter und landesspezifischer Förderprogramme vermehrt darauf, dass einzelne lokale Projekte systematisch koordiniert und zu einer Wasserstoffregion vernetzt werden. Derzeit entstehen in Deutschland etwa 50 Wasserstoffregionen. 
Das Element Wasserstoff ist natürlich farblos, sowohl in der Gas- als auch in der flüssigen Phase. Gegenwärtig kursieren jedoch verschiedene Bezeichnungen wie grüner, grauer, blauer und türkiser Wasserstoff. Diese Kennzeichnungen beziehen sich auf die Erzeugung des Wasserstoffs und die damit verbundenen direkten und indirekten CO2-Emissionen. EMCEL erklärt die verschiedenen Farben von Wasserstoff und deren spezifische Vor- und Nachteile. 
Das EMCEL E-Bus Liniennetzanalyse Online-Tool ist leicht verständlich, intuitiv zu bedienen und bietet interessierten Akteuren eine kostenlose Erstberatung bei der Elektrifizierung ihrer Busflotte. 
Die schrittweise Etablierung der Sektorenkopplung im Zuge der Energiewende ist in der obigen Grafik dargestellt und lässt sich im Wesentlichen anhand von drei Phasen beschreiben. Auf die durch Pilotanlagen geprägte Einstiegsphase folgen die Ausbauphase der H2-Technologien und schließlich die flächendeckende Ausbreitung der Infrastruktur. Parallel zu den drei Phasen der Sektorenkopplung erfolgt der Ausbau der Erneuerbaren Energien. 
Die Wasserstoffspeicherung kann heute grundsätzlich in gasförmigem oder flüssigem Zustand aber auch in chemisch gebundener Form, z. B. mittels Metallhydriden oder Thermal-Öl erfolgen. 
Grüner H2 kostet heute je nach Herstellungsverfahren durchschnittlich 1,5 bis 4,0 €/kg mehr als grauer Wasserstoff. Dieser Preisunterschied kommt im Wesentlichen durch die Wasserstofferzeugung zustande. Bei der Speicherung und Verteilung des H2 bis zum Endkunden ist der Kostenunterschied durch den „grünen“ Anteil vorhanden, aber dieser ist deutlich geringer als bei der Erzeugung. 
Das Förderprogramm HyLand unterstützt den Aufbau von regionalen Wasserstoffinfrastrukturen und fördert ganzheitliche Verkehrskonzepte auf Basis der Brennstoffzellentechnologie. 
Reduzieren Lkw-Hersteller die CO2-Emissionen ihrer Fahrzeuge nicht, so könnten ab 2025 Strafzahlungen von bis zu 65.000 € pro verkauftem Fahrzeug auf sie zu kommen. 
Brennstoffzellen-Nutzfahrzeuge benötigen für den Betrieb zwingend Zugang zu einer Wasserstofftankstelle. Deshalb ist die Wasserstofftankstelle zuerst zu errichten. 
Der Transport von Wasserstoff (H2) per Wasserstoffpipeline ist im Vergleich zum Transport per Lkw dann besonders wirtschaftlich, wenn große Mengen Wasserstoff transportiert werden sollen. 
Ein umfassender Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur ist insbesondere bei der H2-Erzeugung und H2-Verteilung notwendig. Aber auch bei der H2-Anwendung ist ein weiterer Infrastrukturausbau erforderlich, um die Sektorenkopplung entscheidend voranzubringen. 
(Archiv) Elektroautos sind schon heute umweltfreundlicher als konventionelle PKW mit Verbrennungsmotor. Im Fahrbetrieb von Elektroautos werden weder klimaschädliche Treibhausgase noch gesundheitsschädliche Emissionen, wie z.B. Stickoxide (NOx) und Feinstaubpartikel ausgestoßen. Gerade in Innenstädten führt dies zu einer erhöhten Luftreinheit und somit zur Steigerung der Lebensqualität. Dennoch gerät die Umweltfreundlichkeit von Elektroautos immer wieder in die Kritik. Oft werden dabei die bei der Herstellung der Batterien entstehenden CO2-Emissionen genannt. 
Wasserstoff spielt für die Energiewende und die Sektorenkopplung eine wichtige Rolle. Um Wasserstoff als Energieträger und Energiespeicher zur Verwendung im Verkehr, der Strom- und Wärmeerzeugung flächendeckend einzuführen, wird die Bedeutung des Themas insbesondere für Regionen und Kommunen aufgezeigt und der Zusammenschluss unterschiedlicher Akteure zu einer Wasserstoffregion gezielt gefördert. 
Wird ein Wasserstofftank mit 700 bar betankt, ist nicht doppelt so viel Wasserstoff im Tank wie bei 350 bar, sondern nur etwa 67 % mehr. Das Verhältnis zwischen Dichte und Druck ρ/p ist bei realen Gasen nicht linear – dies gilt auch für Wasserstoff. 
Ja, auch ein Brennstoffzellenbus ist ein Elektrobus, da für die Einstufung als Elektrobus der elektrische Antriebsmotor entscheidend ist. Alle Elektrobusse verfügen über einen E-Motor und eine Hochvoltbatterie. 
Brennstoffzellenbusse sind derzeit noch nicht so verbreitet, da die Einstiegshürde bei der Anschaffung besonders im Vergleich zum Nachtlader relativ hoch ist. Der Ausbau der Flotte gestaltet sich dagegen einfacher. 
Die Maßnahmen zur Elektrobusförderung im öffentlichen Nahverkehr (ÖPNV) unterscheiden sich in den einzelnen Bundesländern erheblich. Dies führt zu regionalen Kostendifferenzen sowohl bei der Anschaffung der Elektrobusse als auch beim Aufbau der für den Betrieb benötigten Infrastruktur. 
Eine systematische Kontrolle der Wasserstoffqualität lässt sich zum Beispiel nach DIN 17124 durchführen. Richtig geplant und angewendet ist die Kontrolle kostengünstig und liefert eine gleichbleibend hohe Wasserstoffqualität. 
Das Clean Power Net (CPN) hat gemeinsam mit der NOW GmbH einen Planungsleitfaden Brennstoffzellen-Ersatzstromversorgung herausgegeben. Der Leitfaden richtet sich an Fachleute mit Erfahrung bei Planung, Errichtung und Betrieb von konventionellen Ersatzstromversorgungen , die an Brennstoffzellenlösungen interessiert sind. Er soll als praktisches Hilfsmittel den Einstieg in die Technologie sowie Planungs- und Genehmigungsprozess für Aufbau und Betrieb von Brennstoffzellen-Anlagen erleichtern. In kompakter Form geht er auf die Besonderheiten von verschiedenen Brennstoffzellentypen und -lösungen ein. 
Elektrobusse haben heute einen Anteil von etwa 4 % an den Neuzulassungen von ÖPNV-Bussen. In den nächsten Jahren wird der Bedarf an Elektrobussen deutlich steigen. In Deutschland sind etwa 40.000 Busse im ÖPNV im Betrieb, davon werden näherungsweise etwa 4.000 Fahrzeuge jährlich neu beschafft. 
Zulassung Wasserstofftankstelle: Für den Betrieb und den Zulassungsprozess einer Wasserstofftankstelle sind die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und die TRBS 3151 (die Technische Regel für Betriebssicherheit 3151) von besonderem Interesse und von besonders hoher Aussagekraft. Verantwortlich für den Betrieb der Anlage ist der Betreiber. 
Zurzeit können deutsche Kunden bei drei Automobilherstellern einen Brennstoffzellen-PKW kaufen: Hyundai, Toyota und Symbio/Renault. Hyundai brachte im Jahr 2013 mit dem Modell ix35 FC das erste Brennstoffzellen-Serienfahrzeug auf den deutschen Markt. Seitdem vergrößert sich das Angebot von Brenstoffzellenfahrzeugen in Deutschland kontinuierlich. 
Zur Messung von Verunreinigungen im Wasserstoff können grundsätzlich zwei verschiedene Verfahren unterschieden werden: Zum einen die stichprobenartigen Labormessungen und zum anderen kontinuierliche Messungen vor Ort. Dabei weist die kontinuierliche Wasserstoffmessung entscheidende Vorteile auf. 
Die Preise für Brennstoffzellenbusse sind in den letzten rund 15 Jahren sehr stark gesunken und werden in einigen Jahren vermutlich die 400.000 €-Marke erreichen. Dies liegt einerseits an den technischen Weiterentwicklungen und der Reduktion von Platin als Katalysatormaterial, im Wesentlichen aber an den steigenden Stückzahlen. 
Die Wasserstoffreinheit für PEM-Brennstoffzellen für Straßenfahrzeuge wird in den Normen SAE J2719, ISO 14687-2 und DIN EN 17124 definiert. Grundsätzlich gilt, dass jede Wasserstoffverunreinigung die Leistung und Lebensdauer des Brennstoffzellensystems beeinträchtigen kann. 
Das Interesse von ÖPNV-Unternehmen, ihre Dieselbusflotte auf elektrisch betriebene Busse umzustellen, nimmt zuletzt stark zu. Das bestätigt auch die große Teilnehmerzahl der diesjährigen VDV ElekBu 2018 Fachmesse. 
Für eine neutrale CO2-Bilanz von Wasserstoffanwendungen ist eine nachhaltige Wasserstoffproduktion entscheidend. Hier bietet die Elektrolyse mit erneuerbarem Strom das größte Zukunftspotential. 
Der Energieträger Wasserstoff gewinnt – insbesondere als Treibstoff – immer mehr an Bedeutung. Daher muss die Wasserstoffreinheit möglichst jetzt, in der Phase des Infrastrukturaufbaus, sichergestellt werden. 
Eine von EMCEL mitverfasste Studie zeigt: Um die ambitionierten Klimaschutzziele der Bundesregierung bei gleichzeitiger Versorgungssicherheit erreichen zu können, ist eine umfassende Sektorkopplung mittels Power-to-Gas sowie die Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur erforderlich. 
Wasserstoffmobilität kann wesentlich zum Gelingen der Verkehrswende beitragen, da sie besonders im innerstädtischen Bereich und in Ballungsräumen mit einer einfachen Tankinfrastruktur auskommt. 
Im Juni 2017 beschloss der Bundestag eine Reduzierung der Stromsteuer für Elektrobusse und Hybridbusse im ÖPNV. Die bedeutendere Entlastung wäre allerdings die Reduzierung der EEG-Umlage, wie sie für elektrische Schienenfahrzeuge bereits existiert. 
Der Umgang mit Wasserstoff erfordert andere Sicherheitsmaßnahmen als andere Kraftstoffe wie beispielsweise Benzin oder Erdgas. Dabei ist die Handhabung mit dem meist gasförmig gelagertem Wasserstoff weder sicherer, noch gefährlicher. 
Brennstoffzellen-Züge spielen nicht nur beim Thema Klimaschutz eine wichtige Rolle, indem sie dieselbetriebene Züge ersetzen - sie haben auch das Potential, die Kosten für die weitere Elektrifizierung des Eisenbahnnetzes zu senken. 
Es gibt mehrere Motivationen, möglichst bald mit der Erprobung von Elektrobussen zu beginnen. Neben den Vorgaben durch politische Vereinbarungen und Gesetze gibt es auch zweckdienliche Gründe, die für eine zeitnahe Umstellung auf Elektrobusse sprechen. 
Die Sektorkopplung ist eines der Schlüsselkonzepte der Energiewende. Darunter wird die Vernetzung der drei Sektoren der Energiewirtschaft (Elektrizität, Wärmeversorgung und Mobilität) verstanden. Durch diese Kopplung wird in Zukunft der Austausch zwischen den heute noch weitgehend getrennt agierenden Sektoren ermöglicht. Wasserstoff kommt hierbei eine entscheidende Rolle zu. 
Es kommt Bewegung in den Sektor für schwere Brennstoffzellen-LKW. Allerdings muss man derzeit noch sagen: Je schwerer der LKW, desto seltener der Einsatz eines alternativen Antriebs. 
Die Energiewende bietet Potenzial für die regionale Wertschöpfung durch lokal erzeugte erneuerbare Energie. So gibt zum Beispiel ein Busunternehmer mit 100 ÖPNV-Bussen jährlich ca. 2 bis 2,5 Mio. € für Dieselkraftstoff aus. 
Welche Elektrobushersteller bieten momentan Produkte an? Wir geben einen Überblick über die derzeit am Markt verfügbaren Batterie- und Brennstoffzellenbusse und zeigen die Unterschiede zwischen den einzelnen Herstellern auf (Stand Februar 2017). 
Wasserstoff aus erneuerbarer Energie lässt sich vielseitig nutzen. Aus finanzieller Sicht bietet sich momentan besonders der Nutzungspfad Treibstoff für den Sektor Verkehr an. Hier können am Markt bis zu 300 € pro MWh (H2) erzielt werden. 
Netzersatzanlagen (NEA, auch Backup oder Notstrom) liefern elektrische Energie bei Ausfall der öffentlichen Stromversorgung. Als Alternative zu herkömmlichen Batterie- oder Dieselaggregaten bieten Netzersatzanlagen mit Brennstoffzellen (BZ-Systemen) eine umweltfreundliche und zuverlässige Lösung zur Überbrückung von Ausfallzeiten. 
In den letzten Jahren kamen diverse Elektrofahrzeuge als emissionsfreie [1] Alternativen zu Benzin- und Dieselfahrzeugen auf den Markt. Doch welche Technologie wird die Elektromobilität in Zukunft maßgeblich antreiben: Batterie oder Brennstoffzelle? 
Erste scheinbar fahrerlose, autonom fahrende Busse werden schon heute erprobt. So werden beispielsweise im schweizerischen Sitten Kleinbusse des Herstellers Navya im Linienbetrieb innerhalb einer eingeschränkten Zone eingesetzt. Auch 12m-Busse sind testweise schon (fast) selbstständig unterwegs: Daimler erprobt seinen "Future Bus" in Amsterdam – hier sitzt allerdings noch ein Fahrer hinter dem Lenkrad, der notfalls eingreifen kann. 
Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor beträgt der Wirkungsgrad vom Kraftstofftank zum Rad („Tank-to-Wheel“) im realen Fahrbetrieb etwa 25 %. Die Menge an Abwärme und die sonstigen Verluste sind daher sehr hoch. Bei einer mittleren Fahrleistung von 5 kW entstehen etwa 5,6 kW nutzbare Abwärme (siehe Grafik) – mehr als ausreichend, um den Fahrgastinnenraum zu beheizen. Ganz anderes gilt für die Heizung im Elektrofahrzeug. 
Emissionsfreie E-Busse bieten Städten und Gemeinden die Möglichkeit, die Abgas- und Lärmbelastung durch den ÖPNV drastisch zu reduzieren. Doch welche Technologie ist ideal für meine Stadt? 
Das kommt darauf an, ob ein Austritt von Wasserstoff ausgeschlossen werden kann oder nicht. Wie jedes Fahrzeug kann sich ein Wasserstoff-Fahrzeug durch die beim Fahren entstehende Reibung der Reifen auf der Straße elektrostatisch aufladen. 
Ja und nein, eine Ertüchtigung der vorhandenen Werkstatt hängt davon ab, welche Arbeiten dort an dem Brennstoffzellen-Fahrzeug durchgeführt werden sollen.
Ja, grundsätzlich dürfen Brennstoffzellen-Fahrzeuge, die mit Wasserstoff (H2) betankt und betrieben werden, in Garagen und Parkhäusern parken.