Stromversorgung mit Brennstoffzellen für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben

Die Frage nach sicherer Energie ist eine der Schlüsselfragen im 21. Jahrhundert. Angesichts der Globalisierung und Digitalisierung der Wirtschaft entscheidet sie über Wachstum und Erfolg der Industrie- und Schwellenländer. Versorgungssicherheit in Energiefragen ist daher ein kritischer Bestandteil hinsichtlich des Funktionierens einer modernen Gesellschaft. So muss im Falle einer Versorgungsknappheit mit Treibstoff der Betrieb entsprechend priorisiert werden. Eine Ausdifferenzierung der Treibstofflogistik – vor allem in Bezug auf Anzahl und Betrieb von Notstromanlagen – ist somit ein wichtiger Bestandteil in modernen Konzepten zum Bevölkerungs- und Katastrophenschutz.

Die aktuelle Corona-Krise verdeutlicht drastisch die entsprechende Notwendigkeit einer umfassenden Versorgungssicherheit und damit verbundene Schwierigkeiten. Die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) sind an der Umsetzung und Wahrung der Sicherheitsaufgabe des Staates maßgeblich beteiligt. Eine krisensichere und somit autarke Energieversorgung ist daher mit Blick auf oben genannte Entwicklungen sowie auf die (Einsatz-)Faktoren Vernetzung, Nutzung alternativer/regenerativer Energien, Reduzierung des logistischen Versorgungsaufwands und Reduzierung von Abhängigkeit (Autarkie) unabdingbar. Eine effiziente Lösung bilden Brennstoffzellen mit den Energieträgern Wasserstoff und Methanol.

Die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) bildet dabei in mobilen, stationären und semi-stationären Anwendungen Leistungsbereiche von 45 W bis zu 2 kW ab. Die SFC Energy AG ist hierbei ein führender Anbieter von Wasserstoff- und Direktmethanol-Brennstoffzellen für stationäre und mobile Hybrid-Stromversorgungslösungen. Als (lokale) Backup- und Notstromversorgungslösung und für andere Anwendungen im Bereich netzferne Energieversorgung wie (verdeckte) Überwachungen und Sicherung größerer Menschenansammlungen sind Brennstoffzellen in vollintegrierten, wetterfesten Schaltschrank- oder Outdoor-Box-Lösungen innerhalb weniger Minuten einsatzbereit und liefern tagelang Strom ohne Benutzereingriff. In Kombination mit Solarmodulen lässt sich eine weitere Autarkieverlängerung erreichen. Das passende Brennstoffzellen-Modell für den individuellen Strombedarf lässt sich im EFOY Pro Energiekalkulator (www.efoy-pro.com/energiekalkulator) schnell und einfach ermitteln. Per Fernsteuerung können die Brennstoffzellen überwacht und gesteuert werden.

Mit Blick auf den Einsatz in Fahrzeugen (Bordstromversorgung) lässt sich feststellen, dass aktuelle Lichtmaschinen durch Wirkungsgradverluste nur einen Teil der Rotationsenergie des Motors in Strom umwandeln. Bei laufendem Motor wird der erzeugte Strom teilweise direkt verbraucht und bei freier Kapazität in die Fahrzeugbatterie geladen. Diese Zwischenspeicherung ist jedoch wiederum verlustbehaftet. Wenn man alle Verluste inklusive der Verluste im Verbrennungsmotor zusammenrechnet, kommt man auf einen Gesamtwirkungsgrad von lediglich 2 %. D. h. nur 2 % der Energie des Treibstoffs steht schlussendlich als elektrischer Strom zur Verfügung. Durch Zuschaltung einer DMFC wird die erzeugte Energie der Brennstoffzelle direkt in das Bordnetzbatterie-System eingespeist. Üblicherweise können mit einer Direktmethanol-Brennstoffzelle ca. 110 W elektrische Leistung kontinuierlich zur Verfügung gestellt werden. Dies entspricht einer Energiemenge von ca. 3.000 Wattstunden pro Tag. Die Laufzeiten aller Verbraucher werden durch vollautomatisches und verlustfreies Nachladen von Batterien im emissionsfreien Betrieb um ein Vielfaches verlängert, ohne Zuschaltung des Motors.

Brennstoffzellen haben dabei hinsichtlich des Verbrauchs eine 10- bis 20-mal höhere Effizienz als Dieselgeneratoren. Das gilt auch für die abgesetzte Stromversorgung mit einem signifikant niedrigeren Betriebsstoffverbrauch und einer daraus resultierenden vereinfachten Treibstofflogistik sowie beträchtliche Gewichtseinsparungen gegenüber konventionellen Dieselgeneratoren und Batterien. Ein Generator verbraucht erfahrungsgemäß über einen Liter Diesel pro Stunde, was zu einem hohen Bedarf an Kraftstoff führt, der noch zusätzlich mitgeführt bzw. nachgeführt werden muss. Des Weiteren ist mit der Vielzahl an unterschiedlichen Batterien und Akkus ein erheblicher logistischer Aufwand verbunden, nicht nur in der Ausbildung, sondern vor allem im Einsatz. Durch die hohe Energiedichte des Methanols steckt in den Tankpatronen viel Energie auf kleinstem Raum bei geringem Gewicht. 

10 Liter Methanol verfügen über eine Kapazität von über 11 kWh Nettoenergie bei einem Gewicht von nur 8,4 kg. Brennstoffzellen sind im Vergleich zu Dieselgeneratoren nahezu wartungsfrei, einfach zu bedienen und genauso langlebig. Dazu kommt die Lagerproblematik bei Diesel nach einiger Zeit. Der Dieselbestandteil Paraffin kann schon bei niedrigen Plusgraden nach einiger Zeit „Flocken“ bilden, welche zu Verstopfungen in Leitungen, Filtern oder Pumpen des Generators führen können. Diese Problematik ist bei Methanol nicht gegeben. Es lässt sich mehrere Jahre lagern. Neben der Vereinfachung der Betriebs- und Treibstofflogistik durch Brennstoffzellen sind diese im Gegensatz zu Dieselgeneratoren leicht zu verbringen und immer und überall sofort einsatzfähig. Daraus folgt eine noch größere Flexibilität, was die energetische Autarkie betrifft. Im Vergleich zu einem Generator (mit Batterie und Dieselvorrat) mit einem Gewicht von ca. 300 kg beträgt das Gesamtgewicht einer Lösung mit EFOY- Brennstoffzelle (mit Batterie und Methanol-Tankpatrone) gerade einmal ca. 50 kg.

Als Beispiele für netzferne Ersatz- und Notstromversorgungsanforderungen für semistationäre und stationäre Systeme dient das BOS-Funknetzwerk in allen seinen verschiedenen Facetten. So ist beispielsweise der Landkreis Meißen verantwortlich für die Einrichtung und Unterhaltung eines gemeindeübergreifenden Alarmierungs- und Nachrichtenübermittlungssystems in der Region. Während des Sturmtiefs Herwart kam es im Herbst 2017 in Ostdeutschland zu massiven Schäden und lokalen Stromausfällen. Bei einem längerfristigen Energieausfall muss der Landkreis als untere Katastrophenschutzbehörde die Sicherstellung der Kommunikation gewährleisten. Für derartige Blackout-Szenarien gab es bislang keine zuverlässige Ersatzstromversorgung. So geht es vielen Kommunen und Behörden in Deutschland, welche sich auf eine Betriebszeit der kritischen Systeme bei einem Stromausfall von mindestens sieben Tagen einstellen müssen. Die EFOY Pro-Brennstoffzellenlösungen bieten hier eine zuverlässige, krisensichere Stromversorgung.

Bei der Energieversorgung von stationären Anlagen mit hohem Energiebedarf bis 20 kW kommt die Wasserstoff-Brennstoffzelle JUPITER von SFC zum Einsatz, so unter anderem im Zuge der bundesweiten Ausfallhärtung der BOS-Digitalfunkmasten für 72 Stunden.

Neben der Vorreiterrolle, welche die BOS durch diese Technologie einnehmen können, bieten Brennstoffzellen als „Marathon-Läufer“ in Kombination mit einer Batterie „Sprinter“ in der richtigen Anwendung ein energetisches Hybridsystem mit immenser Effizienz.

Mehr Informationen auf
efoy-pro.com  und sfc-defense.com