Die Empa, eine interdisziplinäre Forschungs- und Dienstleistungsinstitution für Materialwissenschaften und Technologieentwicklung innerhalb des ETH-Bereichs, hat sich hohe Ziele gesteckt: Sie untersucht derzeit das Potenzial, wie Wasserstoff aus Überschuss-Windstrom nicht als umgewandeltes Methan, sondern direkt als Wasserstoffbeimischung in Erdgasfahrzeugen genutzt werden kann. «Damit kann eine wirkungsgradbehaftete Stufe, nämlich die Methanisierung von Wasserstoff, umgangen und gleichzeitig können Wirkungsgradvorteile im Motor erwirkt werden», erklärt Christian Bach, Abteilungsleiter Verbrennungsmotoren an der Empa. Mit Strom oder Methan aus Überschuss-Windstrom betriebene Elektro- und Erdgasfahrzeuge weisen gemäss einer Studie des deutschen Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel eine vergleichbare Energiebilanz auf. «Werden nicht konventionelle Erdgas-, sondern Erdgas/Elektro-Hybridfahrzeuge eingesetzt und wird gleichzeitig ein Teil des Wasserstoffs als Beimischung direkt genutzt, verbessert sich die Energiebilanz aufgrund der effizienteren Treibstoffbereitstellung und des leicht verbesserten motorischen Wirkungsgrades zu Gunsten der Gasfahrzeuge», erläutert Bach eines der Forschungsresultate.

Viel Know-how

In einem ersten Schritt könnte künftig aus ungenutzter Wind- und Solarenergie über Elektrolyse Wasserstoff hergestellt werden. Wasserstoff kann lokal zwischengespeichert und über Brennstoffzellen in der Rückverstromung und im Verkehr eingesetzt werden. «Allerdings befinden sich reine Wasserstoffkonzepte noch fast ausschliesslich in der vorkommerziellen Entwicklung. Entsprechend kostenintensiv gestaltet sich die Nutzung von Wasserstoff», schränkt Bach ein. Die schweizerische Stromwirtschaft erwirtschaftet gemäss Medienberichten mit der Stromspeicherung in Pumpspeicherkraftwerken pro Jahr rund eine Milliarde Franken. «Unsere Stromwerke haben somit viel Know-how in der Nutzung von Nacht- und Überschussstrom», sagt Bach. Die elektrolytische Wasserstoff-Produktion für die direkte Wasserstoff-Nutzung, beispielsweise bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen oder als Beimischung zum Erdgas an Tankstellen, kommt bei grösseren Anlagen nahe an die Wirkungsgrade von Pumpspeicherkraftwerken heran und könnte die CO2-Reduktion im Fahrzeugbereich enorm fördern. «Um die künftigen CO2-Ziele erreichen zu können, müssen Fahrzeuge zunehmend mit erneuerbarem, sauberem und effizientem Treibstoff betrieben werden», betont Christian Bach.

Primär Mittelklassefahrzeuge

Weil einerseits Elektrofahrzeuge wegen der Batteriegrösse, des Batteriegewichts und den daraus resultierenden Kosten sowie den Ladezeiten technisch auf Kleinwagen und anderseits Erdgasfahrzeuge wegen des Platzbedarfs der Gasflaschen primär auf Mittelklasse- sowie Gewerbe- und Lieferwagenfahrzeuge begrenzt sind, ergänzen sich diese beiden Antriebskonzepte gut. Von der Relevanz hinsichtlich CO2-Emissionen sind allerdings die Mittelklassefahrzeuge mit einem Marktanteil von rund 50 Prozent wesentlich bedeutender als Kleinwagen. «Deshalb forscht die Empa primär an Antriebstechnologien für Mittelklassefahrzeuge», so Bach. «Künftig könnten Erdgas-Mittelklassefahrzeuge auch mit in Methan umgewandeltem Überschuss-Windstrom betrieben werden. Damit erhalten Erdgasfahrzeuge ein ganz neues Zukunftspotenzial.» Mit dem raschen Ausbau der erneuerbaren Energien wächst der Bedarf für neue Speichertechniken immens. Bisher wurde zumeist Gas in Strom umgewandelt. Jetzt denkt die Wissenschaft darüber nach, Strom in synthetisches Erdgas umzuwandeln. Damit können Überschüsse von Wind- und Sonnenenergie gespeichert werden. Wenn etwa der Wind kräftig bläst, erzeugen die Windräder mehr Strom, als aktuell benötigt wird. Dieses Überangebot zeigt sich an der Strombörse immer häufiger durch negative Strompreise. «In solchen Fällen könnte künftig die neue Technik den Ökostrom als Erdgas vorrätig halten», betont Bach.