Dieselgeneratoren sind allgegenwärtig. Sei es als Notstromaggregate, als mobile Stromversorger, oder als Ersatz für den Anschluss ans größere Netz – ohne den Diesel geht oft nichts. In Schwellenländern liefern sie sogar einen großen Teil des Stroms – speziell dort, wo es kein reguläres Stromnetz gibt. Erst allmählich setzen sich Alternativen durch, die das bewährte Gerät wegen seines Schadstoffausstoßes ersetzen sollen. Besonders vielversprechend erscheint dabei die mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle. Sie produziert keine Schadstoffe und besitzt obendrein einen höheren Wirkungsgrad.

Kompaktes System aus Deutschland

In Deutschland entwickeln Forscher unter dem Dach des Projekts „ECO-FCGen“ ein Aggregat, das die in Ländern wie Indien weit verbreiteten Dieselaggregate ersetzen kann. Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) arbeitet zusammen mit Teams der CBC GmbH & Co KG und der Universität Bayreuth an einem Brennstoffzellen-System, mit dem sich Dieselgeneratoren ersetzen lassen. In den nächsten drei Jahren wollen die Wissenschaftler einen Prototypen bauen und testen.

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz fördert EC-FCGEN im Rahmen seiner Exportinitiative Umwelttechnologien. Außerdem begleitet die Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW GmbH) das Vorhaben.

Der neue Energieerzeuger soll zunächst in Indien erprobt und eingesetzt werden, um die dort weit verbreiteten Dieselgeneratoren zu ersetzen. Der Subkontinenten fiel den Wissenschaftlern wegen seines Ausstosses an Treibhausgasen auf. Denn der liegt eben wegen der Dieselgeneratoren im weltweiten Vergleich in der Spitzengruppe.

Gegenwärtig stammen in Indien 140 Gigawatt der installierten Leistung aus Dieselgeneratoren-Netzen. Diese Generatoren erzeugen rund 940 Millionen Tonnen CO2, liefern jedoch nur etwa 30 Prozent der Elektrizität. Aber ohne Diesel geht es oft nicht. So verbrauchen die 606.300 indischen Mobilfunkmasten im Jahr rund rund 2, 5 Milliarden Liter Diesel und produzieren etwa 6, 6 Milliarden Tonnen Kohlendioxid.

Wo die Brennstoffzelle besser ist als der Diesel

Die mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle hat im Vergleich zum Diesel zwei Vorteile: Einmal ist ihr Wirkungsgrad höher, weil die Energie aus der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff direkt in elektrische Energie verwandelt wird. Außerdem fallen keine Verbrennungsrückstände wie beim Diesel an. Es entstehen lediglich Abwärme und Wasser. Die Abwärme könnte in Fernwärmenetzen genutzt werden. Mit dem Wasser ließen sich Landwirtschaftsflächen bewässern.

In Indien sind gerade ländliche und abgelegene Regionen nicht an größere Versorgungsnetze angeschlossen. Rund 100 Millionen Menschen sind ohne eigenen Stromanschluss und viele Unternehmen haben keine eigenen Kraftwerke, sondern versorgen sich aus Dieselaggregaten. Allerdings ist Dieseltreibstoff in vielen ländlichen Regionen knapp und wird gerne gestohlen. Deswegen fällt immer wieder für bis zu acht Stunden täglich der Strom aus.

Indien: Wachsender Energiebedarf

Gleichzeitig treibt aber das Wirtschaftswachstum den Strombedarf nach oben. Hier bieten die erneuerbaren Energien Wege, nicht nur den Ausstoss an Treibhausgasen zu senken, sondern auch ländliche Regionen zu elektrifizieren und die Abhängigkeit von importierten Kraftstoffen zu mindern. Daher wächst in Indien auch die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien von 84 Gigawatt in der Vergangenheit auf 175 Gigawatt im März 2022. Das Land hat die Bedeutung von Wasserstoff als Energieträger und der Brennstoffzellentechnologie erkannt und fördert die entsprechenden Technologien.

Die Projektwissenschaftler am Fraunhofer-IPA sehen in Indien ein großes Potential für dezentrale Stromversorgung. Mit dem neuen Brennstoffzellen-System können lokale Stromnetze betrieben werden. Aber auch Einrichtungen wie Krankenhäuser oder Elemente der Infrastruktur wie Mobil- und Behördenfunkmasten liessen sich so versorgen.

Die Entwicklungsarbeit beschäftigt sich nicht nur mit der Brennstoffzelle selbst, sondern auch mit der Peripherie. Das sind etwa Wärmetauscher, Luftfilter und Pufferbatterien. „Die Pufferbatterie muss einspringen, wenn mehr Strom gefordert ist als die Brennstoffzelle kurzfristig liefern kann“, erläutert Dr. Friedrich-Wilhelm Speckmann, Gruppenleiter im Bereich Wasserstofftechnologien am Fraunhofer-IPA.

Modulbauweise für längere Lebensdauer

Innovativ ist die modulare Bauweise. Sie soll die spätere Produktion vereinfachen und dabei helfen, auch größere Aggregate zu produzieren. Ziel ist eine Art Baukastensystem. Damit würde man der Vielfalt von Dieselgeneratoren in allen Größen Rechnung tragen. Der Prototyp soll als Basis für gleich mehrere spezialisierte Varianten dienen. Eine Aufgabe wäre ein mobiles Stromaggregat für Rettungskräfte oder für humanitäre Einsätze. Eine andere Funktion wäre der Einsatz als Schnellladegerät.

„Modularität bedeutet, dass das „Powerpack“, also die eigentliche Energieeinheit inkl. Tank, Steuerung und Software, sowohl mit Brennstoffzellenmodulen geringerer Leistung – für beispielsweise Mobilfunkmasten – als auch höherer Leistungen – für Krankenhäuser, Rechenzentren, Behörden – ausgestattet werden kann“, erläutert Daniel Markthaler, einer der an „ECO-FCGen“ beteiligten Wissenschaftler.

Zudem setzen die Entwickler auf ein Kreislaufkonzept. Das soll Wartung und Instandsetzung erleichtern. Auch sollen die einzelnen Komponenten besser wiederverwendbar sein. Davon erhoffen sich die Entwickler eine längere Lebensdauer des ganzen Aggregats.

Das Aggregat soll zwar zunächst in Indien getestet und eingesetzt werden. Aber es ließe sich auch an andere Klimazonen anpassen. Das könnten entlegene Regionen im Norden, aber auch in Afrika oder Südamerika sein.