Wasserstoff- und E-Tankstellen

Die Tankstellen der Zukunft werden neben Kraftstoffen für CO2-arme Verbrennungsmotoren auch Strom und Wasserstoff anbieten. In Deutschland gibt es derzeit über 14.000 Tankstellen, die ihren Kraftstoff (heute noch Benzin oder Diesel) regelmäßig durch Tankwagen angeliefert bekommen.

Für die Wasserstoff-Tankstellen der Zukunft jedoch wird es sinnvoller sein, so weit wie möglich ihre Energie lokal bzw. aus der Region zu beziehen, da der Transport von Wasserstoff mit Kühlung bzw. mit extrem druckfesten Tanks vergleichsweise aufwendig ist.

Der Strom der modernen Tankstelle kann theoretisch von dem nächstgelegen (oft Kilometer entfernt liegenden) großen Versorger bezogen werden, ist jedoch vor Ort produziert deutlich nachhaltiger.

Die Energiebänder verlaufen entlang der Bundesfernstraßen, an denen sich die meisten Tankstellen befinden, und können diese somit problemlos mit Strom versorgen – zur direkten Abgabe an E-Autos oder zur dezentralen Wasserstoffproduktion.

Energiebänder können auf Tankstellen zulaufen, die beides haben: Ladestationen für E-Autos, die direkt mit Strom versorgt werden können, und Wasserstoff-Tanksäulen, für die mit einem eigenen Elektrolyseur Wasserstoff erzeugt wird

„Ladestation-Tankstellen“ dürften weniger stark besucht sein als herkömmliche Benzin- bzw. Dieseltankstellen: Denn während man bislang das Tanken eher entlang einer Fernstraße erledigt und seltener mitten in der City getankt hat, erfolgt das hauptsächliche Laden bei E-Autos genau dann, wenn sie irgendwo in bebautem Gebiet geparkt werden, sei es während der Arbeit in Gewerbegebieten oder auch zuhause: Die Standzeiten in Wohn- oder Arbeitsgebieten werden so zu den hauptsächlichen „Tankzeiten“. Denn an einer Ladestation-Tankstelle möchten die wenigstens Menschen länger als notwendig Zeit verbringen, egal wie attraktiv sie gestaltet sein mag.

Um Stationsinfrastruktur mit Zu- und Abfahrten, Überdachungen, Toiletten und ggf. Restauration effizient zu gestalten, bietet es sich daher für die Zukunft an, Wasserstoff- und Ladestation-Tankstellen wenn möglich zusammenzulegen.

In besiedeltem Gebiet mit größeren Parkplätzen, müssen Ladestationen nicht als separate Einheit neben parkenden Autos stehen: Denn grundsätzlich kann jeder Parkplatz mit einem Stromanschluss und einem Zähler versehen werden

Mit Strom aufladen, während das Auto ohnehin irgendwo parkt – das wird der übliche „Tankvorgang“ der Zukunft für E-Autos werden.

Energiebänder laufen an neuartigen E-Tankstellen vorbei, die sie direkt mit Strom versorgen können

Dabei sorgen Zwischenspeicher dafür, dass auch nachts oder bei bedecktem Wetter stets genügend Strom für E-Fahrzeuge vorhanden ist. Die Zahl der E-Fahrzeuge, die entlang der Bundesfernstraßen „tanken“ werden, dürfte allerdings wie oben erläutert geringer ausfallen als die Zahl der Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, die heutzutage dort tanken.

Entsprechend nützlich wird es sein, Wasserstoff-Tankstellen mit E-Ladestationen zu kombinieren, um Skaleneffekte bei der sonstigen Tankstellen-Infrastruktur zu realisieren.

Die Energiebänder können auch Strom für Elektrolyseure liefern, die an den Tankstellen Wasserstoff produzieren, so dass vor Ort (unterirdisch zu installierende) Wasserstoff-Tanks gefüllt werden können

Wasserstoff-/E-Tankstellen entlang der Energiebänder haben die Chance, autark zu werden: Pro Tankstelle müssen Energiebänder dazu rund 50 GWh/a Strom liefern

Derzeit gibt es auf den Bundesfernstraßen in Deutschland durchschnittlich ca. alle 30 km eine Tankstelle. Lässt man 15 km rechts und links einer Tankstelle Energiebänder auf sie zulaufen, so können diese den Energiebedarf für Wasserstoff- und E-Fahrzeuge auch bei einer größeren Tankstelle decken.

Für eine größere Tankstellen (2XL) werden durchschnittlich 2.500 kg Wasserstoff pro Tag bzw. 912,5 Tonnen Wasserstoff pro Jahr verbraucht, für dessen Herstellung von den Energiebändern 48 GWh Strom pro Jahr geliefert werden muss.

Wasserstoff wird im Sommer produziert, teilweise verbraucht und der Rest wird gespeichert und beim Wasserstoffbedarf im Winter verbraucht

Erzeugter Strom auf 30 km: 163 GWh/a

Strombedarf für 120 E-Autos pro Tag: 2,5 GWh/a

Batterienkapazität: 4,8 MWh ̶ Anzahl der Batterien: 1 ̶ Flächenbedarf für Batterien: 35 m2

Wasserstoffbedarf und -verbrauch: 58 GWh/a (1.000 Tonnen/a)

Leistung der Elektrolyseure: 17,5 MW ̶ Anzahl der Elektrolyseure: 3 große (88 m2) und 1 mittlerer (45 m2)

Flächenbedarf für Elektrolyseure: 310 m2

Gespeicherter Wasserstoff für Winternutzung: 10,3 GWh (200 Tonnen/a)

Maße der zylindrischen Wasserstoffspeicher: 55 mal 3,6 x 15 m (D, L) ̶ Flächenbedarf der Wasserstoffspeicher: 4.100 m2 oder 64 x 64 m

An den schmaleren Bundesstraßen ohne Energiebänder auf dem Mittelstreifen kann ebenfalls alle 30 km eine Tankstelle versorgt werden, die dann jedoch geringere Kapazitäten hat

Erzeugter Strom auf 30 km: 106 GWh/a

Strombedarf für 120 E-Autos pro Tag: 2,5 GWh/a

Batterienkapazität: 4,8 MWh ̶ Anzahl der Batterien: 1 ̶ Flächenbedarf für Batterien: 35 m2

Wasserstoffbedarf und -verbrauch: 38 GWh/a (730 Tonnen/a)

Leistung der Elektrolyseure: 12 MW ̶ Anzahl der Elektrolyseure: 2 große (88 m2) und 1 mittlerer (45 m2)

Flächenbedarf für Elektrolyseure: 220 m2

Gespeicherter Wasserstoff für Winternutzung: 7,3 GWh (140 Tonnen/a)

Maße der zylindrischen Wasserstoffspeicher: 38 mal 3,6 x 15 m (D, L) ̶ Flächenbedarf der Wasserstoffspeicher: 2.900 m2 oder 54 x 54 m

Während im Winter 30 km Energiebänder für die Versorgung einer größeren Tankstelle benötigt werden, reichen im Sommer 10 km Energiebänder aus, um den Strom- und Wasserstoffbedarf zu decken: Der Rest aus den verbleibenden 20 km wird automatisch weitegeleitet, anderweitig verbraucht oder gespeichert

Energiebänder geben an die Tankstellen stets nur so viel ab, wie diese benötigen. Da sie im Sommer auf kurzen Strecken deutlich mehr Strom produzieren als im Winter, erhält die Tankstelle dann nur aus 10 km Energieband Strom und nicht (wie im Winter) aus 30 km Energieband.

Strom-Überschüsse, die anfallen, nachdem Batterie- und Wasserstoffspeicher der Tankstellen gefüllt sind, können von den Energiebändern weitergeleitet werden, um entweder von anderen Abnehmern entlang der Strecke verbraucht zu werden, in die Netzversorgung von Gemeinden eingespeist zu werden oder -vor allem im Sommer- zu größeren Speichern weitergeleitet zu werden.

In Deutschland verteilt gibt es z.B. Pumpspeicherkraftwerk, die Strom in Form von potentieller Energie in einem Stausee speichern: Das Wasser wird durch elektrische Pumpen in den Speicher gehoben, um im Winter wieder für den Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt werden zu können.

Darüber hinaus werden von der Forschung Optionen für größere Wasserstoffspeicher in stillgelegten Salzwerken u.ä. geprüft.