Wasserstofftankstelle

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Warum sind Wasserstofftankstellen so wichtig für die Wasserstoffwirtschaft?

Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge wandeln über ihr Brennstoffzellensystem Wasserstoff in Strom um. Ohne effiziente Wasserstoffbetankungssysteme sind solche Fahrzeuge kein attraktiver Anwendungsfall. Das Brennstoffzellensystem wandelt ständig Wasserstoff in Strom um und lädt in der Regel eine kleine integrierte Batterie auf, die zur Energiepufferung und für Leistungsspitzen genutzt wird. Der Wasserstoff wird in einem speziellen Wasserstofftank an der Station gespeichert und dieser Tank muss mit Wasserstoff nachgefüllt werden. Einer der Hauptvorteile von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen ist, dass die Betankung mit Wasserstoff innerhalb weniger Minuten erfolgen kann. Um diese Aufgabe effizient erfüllen zu können, werden sichere und zuverlässige Wasserstofftankstellen benötigt.

Wie funktioniert eine Wasserstofftankstelle?

Wasserstofftankstellen bestehen in der Regel aus einem Wasserstoffspeicher, einem Kühlsystem und einer Zapfanlage mit einer Zapfpistole, die an das Brennstoffzellenfahrzeug angeschlossen wird. Die Methode des Wasserstofftankens an einer Wasserstoffzapfsäule ist vergleichbar mit dem Tanken von Benzin an einer gewöhnlichen Tankstelle.

Die Wasserstofftankstelle ist hochtechnisiert. Sie hat einen Speichertank, der ober- oder unterirdisch sein kann. Je nach Kapazität des Wasserstoffspeichers können die derzeit verfügbaren Wasserstofftankstellen bis zu 60 PKW mit Wasserstoff betanken. Da die Betankung mit Wasserstoff einen hohen Druck erfordert, werden Kompressoren eingesetzt, um das Volumen des gasförmigen Wasserstoffs zu reduzieren. Sie ist so konzipiert, dass sie den unter hohem Druck stehenden Wasserstoff zur Betankung des Fahrzeugs mit bis zu 700 bar oder in anderen Fällen mit 350 bar zur Zapfpistole leitet. Wenn sich Wasserstoff ausdehnt, erwärmt er sich. Die Temperatur des Wasserstoffs wird durch Kühler auf etwa -40° Celsius abgekühlt, bevor er die Düse erreicht. Der Betankungsvorgang von Wasserstoff wird ständig elektronisch überwacht. Wenn alle Parameter innerhalb der zulässigen Spezifikationen liegen, dauert die Betankung eines Brennstoffzellen-Elektro-Pkw etwa drei Minuten. Der Betankungsvorgang endet, wenn der Druck 700 bar (H70) bzw. 350 bar (H35) erreicht. Im Falle einer Störung während des Prozesses wird der Wasserstoff kontrolliert in die Luft abgegeben.

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Welche Arten von Wasserstofftankstellen gibt es?

Die Art der Wasserstofftankstellen hängt vom Verwendungszweck ab.

1. Gas-Wasserstoff-Station und Flüssigwasserstoff-Station

Wasserstofftankstellen zur Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen mit gasförmigem Wasserstoff werden für Fahrzeuge eingesetzt, bei denen der Wasserstoff ebenfalls gasförmig im Fahrzeugtank gespeichert ist. Für Gas-Wasserstoff-Tankstellen gibt es in der Regel zwei Standards: Wasserstoffbetankung bei 700 bar (H70) oder bei 350 bar (H35). Bei Personenkraftwagen wird in der Regel die H70-Technologie verwendet. Flüssigwasserstofftankstellen dienen der Betankung von Wasserstofffahrzeugen mit flüssigem Wasserstoff. Wasserstoff ist nur unter -252,87 °C flüssig. Eine Flüssigwasserstoff-Tankstelle erfordert ein intensives Kühlsystem.

2. Stationär vs. mobil

Wasserstofftankstellen sind in der Regel ein stationäres System. Die Hauptfunktion einer Wasserstofftankstelle besteht darin, mit ihrem größeren Wasserstoffspeicher und ihrer Betankungstechnik als Wasserstoffdrehscheibe zu fungieren. In den meisten Fällen wird der Wasserstoff derzeit in Flaschen oder in speziellen Wasserstoffbehältern auf Lastwagen zur Tankstelle geliefert. Einige Stationen erzeugen den Wasserstoff an der Wasserstofftankstelle mittels Elektrolyse (aus Wind- oder Sonnenenergie). Ein weiterer effizienter Weg, den Wasserstoff zu solchen Stationen zu bringen, wären in der Zukunft Pipelines.

Mobile Wasserstoffbetankungssysteme sind wesentlich kleiner und werden für Notfälle oder bestimmte mobile Sonderanwendungen eingesetzt.

3. Pkw, Lkw, Busse und andere Fahrzeuge

Die Konzeption einer Wasserstofftankstelle richtet sich nach dem Verwendungszweck. Für die Betankung von Wasserstoffautos sind Wasserstofftankstellen erforderlich, die einen Druck von H70 (d. h. 700 bar) liefern, während für Lastkraftwagen und andere Spezialfahrzeuge derzeit in der Regel Wasserstofftankstellen mit H35 erforderlich sind.

Für Lkw-Anwendungen könnte in Zukunft auch flüssiger Wasserstoff verwendet werden; die höhere Energiedichte von flüssigem Wasserstoff ist ein Vorteil. Die Speicherung von flüssigem Wasserstoff in einem Wasserstofftank ist nach dem neuesten Stand der Technik geplant.

Brennstoffzellen-Elektrobusse erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da diese Art von Wasserstofffahrzeugen einen hohen und vorhersehbaren Wasserstoffverbrauch haben. Eine Flotte von mehreren Wasserstoffbussen kann die Investition in eine eigene Wasserstofftankstelle rechtfertigen. Der Wasserstoffverbrauch kann berechnet werden und die Station kann regelmäßig beliefert werden. Brennstoffzellen-Elektrobusse speichern derzeit Wasserstoff bei 350 bar.

Intralogistikfahrzeuge verwenden hauptsächlich die 350-Bar-Technologie, da ein solches Speichersystem weniger Investitionen erfordert und im Gegensatz zu Pkw ein regelmäßiger Betankungsvorgang an einer in der Nähe des allgemeinen Betriebsgeländes errichteten Station (z. B. außerhalb oder innerhalb eines Werks) geplant und durchgeführt werden kann

Andere Verkehrsmittel wie Züge, Straßenbahnen oder sogar Flugzeuge können über Wasserstofftankstellen im Zugdepot oder im Hangar verfügen.

Warum ging der Aufbau des öffentlichen Netzes von Wasserstofftankstellen für Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge relativ langsam voran?

Der Aufbau von Wasserstofftankstellen ging in den letzten 10 Jahren relativ langsam voran, verglichen mit dem Ausbau der Ladeinfrastruktur für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge im gleichen Zeitraum. Sowohl die OEMs als auch die traditionellen Ölgesellschaften standen in Bezug auf die Wasserstoffmobilität vor dem sprichwörtlichen „Henne-Ei-Problem“. Die Erstausrüster zögerten, in die Entwicklung und Serienproduktion von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen zu investieren, da eine fragmentierte Infrastruktur für die Wasserstoffbetankung keinen attraktiven Anwendungsfall darstellt wenn die Fahrzeuge nicht nachgetankt werden können. Potenzielle Kunden fragen: Wo sind die Wasserstofftankstellen in meiner Nähe? Mineralölgesellschaften und Tankstellenbetreiber zögerten, in eine Wasserstofftankstelle zu investieren, die zusammen mit einer bestehenden Benzintankstelle betrieben wird, da solche Wasserstofftankstellen hohe Betriebskosten verursachen und mehrere Quadratmeter Immobilien beanspruchen, die auf andere Weise schneller zu Einnahmen führen könnten. Schließlich ließen sich solche Investitionen und Betriebskosten erst rechtfertigen, wenn Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge einen Standort oft frequentieren. Darüber hinaus sind diese Wasserstofftankstellen relativ kostspielig. Die Hersteller waren bisher nicht in der Lage, die Produktions- und Montagekosten zu senken, weil es an Skalierungsvorteilen mangelte.

Dies steht im Gegensatz zu Anwendungsfällen, bei denen der Wasserstoffverbrauch planbar ist, wie z.B. bei einer Wasserstoffbusflotte, einer LKW-Flotte in einem Hafen oder einer größeren Flotte von Intralogistikfahrzeugen in einem Werk. Einer der Vorteile batteriebetriebener Elektrofahrzeuge besteht darin, dass das „Henne-Ei-Problem“ nicht mehr besteht: Besitzer batteriebetriebener Elektrofahrzeuge können ihre Fahrzeuge zu Hause oder am Standort ihres Unternehmens aufladen.

In der Vergangenheit wurden in Kalifornien, Deutschland und in anderen Ländern mehrere Partnerschaften gebildet, um das oben erwähnte Problem zu lösen.

In jüngster Zeit wurden Regierungsprogramme und -verordnungen vorgeschlagen, die darauf abzielen, eine Wasserstoffinfrastruktur zu schaffen, d. h. den weiteren Ausbau der Wasserstoffbetankungsinfrastruktur zu fordern, insbesondere in Europa, den Vereinigten Staaten, Japan und China. Darüber hinaus sehen sich die OEMs mit CO2-Reduktionszielen konfrontiert, die eine andere Art von Produktportfolio erfordern. Die Gesamtinvestitionen, die für eine vernünftige Wasserstoffinfrastruktur erforderlich sind, um den Kunden von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen den Komfort einer attraktiven Betankungsmöglichkeit in der Nähe zu bieten, sind im Vergleich zu anderen Infrastrukturprogrammen relativ gering.

Angesichts der jüngsten mutigen Aktionen einiger Marktteilnehmer seit 2020 scheint sich das Marktumfeld erheblich verändert zu haben. Die Unsicherheit, die durch das oben erwähnte Henne-Ei-Problem verursacht wird, scheint strategische Investitionen nicht mehr wesentlich zu behindern.

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Welches sind die wichtigsten technischen Komponenten einer Wasserstofftankstelle?

Wasserstofftankstellen haben viele technische Komponenten.

  • Kompressoren für das Management der verschiedenen Wasserstoffdrücke
  • Booster-Kompressor
  • Elektrolyseure zur Erzeugung des Wasserstoffs
  • Hochdruck-Pipelines
  • Düse
  • Akkumulator
  • Kühlaggregat
  • Spendereinheit (H35 oder H70)
  • Kalibrierung mit Wasserstoff
  • Wasserstofftank
  • Druckspeichereinheit
  • Ionen-Kompressor
  • Abscheider

Liste einiger Anbieter von Wasserstofftankstellen

Diese Hersteller bieten Wasserstofftankstellen an:

  • Air Liquide
  • Luftprodukte
  • Ataway-Wasserstoff
  • Calvera
  • Fronius
  • Brennstoffzellen-System GmbH
  • Haskel
  • Lösungen für die Wasserstoffbetankung
  • Linde
  • Logan Energie
  • Maximator Wasserstoff
  • McPhy
  • NanoSUN
  • Nel
  • PDC
  • PRF Gás Tecnologia e Construção SA
  • Resato International BV
  • OneH2
  • Sera-Gruppe
  • WEH

Wo kann ich weitere Informationen über Wasserstofftankstellen weltweit finden?

Einige Android-Apps und iOS-Apps bieten Informationen über die nächstgelegene Wasserstofftankstelle

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Letzte Aktualisierung: 15.1.2023

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