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Fahrzeuganwendungen

Wasserstoffanwendungen finden sich in allen Bereichen des Verkehrs und Transports und werden in Zukunft dramatisch zunehmen. Zu den Anwendungen gehören die Nutzung im Straßenverkehr in Form von PKW und Nutzfahrzeugen, aber auch auf der Schiene, bei Schiffen und Flugzeugen beim Personen- und Warentransport.

Kraft- und Straßenfahrzeuge

Die Anwendung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen ist vielfältig: Grundsätzlich lassen sich diese in die Kategorien PKW und leichte Nutzfahrzeuge, schwere Nutzfahrzeuge, und Spezialfahrzeuge unterteilen. Für den Betrieb mit komprimiertem gasförmigem Wasserstoff gilt dabei die ISO 12619 sowie generell die Regelung EU2019/ECE R134 bzw. national die Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) für die Fahrzeugzulassung.

Auch Kraftfahrzeuge ohne Straßenzulassung, wie Baumaschinen und Offroad-Fahrzeuge, fallen in den Normungsbereich der Kraft- und Straßenfahrzeuge.

PKW und leichte Nutzfahrzeuge

Im Bereich der PKW und der leichten Nutzfahrzeuge sind auf Normenebene die Tanks für den Wasserstoff von hoher Relevanz. Die Norm für Kraftstofftanks im Bereich von gasförmigem Wasserstoff ist die ISO 19881, wobei für flüssigen Wasserstoff die ISO 13985 gilt. Zudem ist für die Betankung die Schnittstelle zwischen Tankstelle und PKW wichtig. Diese wird durch die ISO 17268-1 behandelt. Zudem sind die ISO 19887-1 (Bauteile des Betankungssystems für Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb) und die ISO 19882 (Thermisch auslösende Druckmindereinrichtungen für Fahrzeugtanks für verdichteten Wasserstoff) besonders erwähnenswert.

Im April 2019 wurde die Verordnung (EU) 2019/631 verabschiedet, welche Flottengrenzwerte für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge festlegt. Seit 2020 gilt ein Flottengrenzwert von 95 g CO2/km, welcher stufenweise im Jahr 2025 und 2030 verschärft wird. Diese Regelung verstärkt den Anreiz für Fahrzeughersteller (Original Equipment Manufacturers – OEM) BEV- und FCEV-Fahrzeuge in ihr Produktportfolio aufzunehmen.

Schwere Nutzfahrzeuge

Im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge sind verschiedenste Regularien zu beachten. Ab 2025 ist die Zulassung von FCEV für den Gefahrguttransport (auch Wasserststoff gilt als Gefahrgut)verschiedener Gefahrengüter der Klasse AT und FL laut ADR möglich.

Bisher sind noch keine Heavy-Duty Betankungsprotokolle für H2-Fahrzeuge verfügbar, weshalb die Betankung von schweren Nutzfahrzeugen sehr zeitintensiv sein kein. Daher wird in der WG24 des ISO TC197 die ISO 19885-3 entwickelt, welches Betankungsgeschwindigkeiten bis 300 g/s und einer Menge von 200 kg ermöglichen soll. Diese Protokolle speisen sich aus der ISO 19885-1, den Vorarbeiten im PRHYDE Projekt und der SAE J2601/5.

Durch die Verordnung (EU) 2019/1242 wurden erstmals Flottengrenzwerte für LKW und schwere Nutzfahrzeuge festgelegt. Diese Regelung sieht, auf Basis einer Vergleichsflotte aus 2019/20, eine Reduktion von CO2-Emissionen von 15 % bis 2025 und 30 % bis 2030 vor. Die Verordnung (EU) 2019/1242 soll die Integration von BEV und FCEV in den Flotten von Fahrzeugherstellern vorantreiben.

Schiene

Schienenfahrzeuge können generell mit einer Brennstoffzelle betrieben werden und entsprechende Zugmaschinen befinden sich zurzeit bei der Deutschen Bahn in Benutzung. Für schwere Anwendungen in Rangierloks und Güterzüge wird vermutlich jedoch der Wasserstoffverbrennungsmotor genutzt werden.

Jedoch fehlen Stand 2024 noch entsprechende Betankungsprotokolle für Schwerlastkraftfahrzeuge mit hohen Flussraten und Eichnormale. Entsprechende Eichnormale und Mengenmessgeräte werden zurzeit von der PTB evaluiert. Auf regulatorischer Ebene ist die GGVSEB besonders zu beachten.

Zudem sollen im ISO TC 197 die ISO 17268-4 und die ISO 19887-2 vorgeschlagen werden. Die ISO 17268-2 soll Anschlussvorrichtungen für die Betankungen von Schienenfahrzeugen normen, wobei die ISO 19887-2 Kraftstoffsystemkomponenten für wasserstoffbetriebene Schienenfahrzeuge festlegen soll.

Außerdem soll eine weitere, bisher unbenannte Norm, basierend auf DIN EN 1779, Akzeptanzkriterien von anerkannten Dichtheitsprüfmethoden bei der Inbetriebnahme und wiederkehrenden Prüfung von festinstallierten Wasserstoffsystemen bei Schienenfahrzeugen definieren.

Eine weitere, bisher unbenannte Norm, welche eine bahnspezifische Nachweißmethode für thermische Druckentlastungsvorrichtungen von Wasserstoffspeichersystemen beschreiben soll, ist ebenfalls in Planung.

Luftfahrt

Die Anwendung von Wasserstoff für den Flugbereich befindet sich derzeit noch im Prototypenstadium, weswegen bisher nur wenige Normen speziell für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurden. Derzeit wird die ISO 19888-1 entwickelt, eine Norm, welche ein LH2-Speichersystem für die Luftfahrt beschreibt.

Die „ReFuelEU Avation“ ist eine EU-Richtlinie, welche Anforderungen bezüglich der Nutzung von erneuerbaren Kraftstoffen (SAF – Synthetic aviation fuels) festlegt. Außerdem fordert die Richtlinie auch die Nutzung von nachhaltigem Wasserstoff. Konkret legt die ReFuelEU bis 2025 einen Anteil alternativer Kraftstoffe von 2 % an europäischen Flughäfen insgesamt fest. Bis 2050 soll der Anteil auf 70 % ansteigen. Innerhalb des Anteils alternativer Kraftstoffe verantwortet Wasserstoff nur einen kleinen Anteil. Der größte Anteil wird bisher durch eine Zumischung von Biokraftstoffen ausgemacht.

Die 2021 veröffentlichte Power-to-Liquid(PtL)-Roadmap präsentiert einen Weg zum Markthochlauf strombasierter Kraftstoffe, besonders PtL-Kerosin, für die Luftfahrt. Strombasierte Kraftstoffe werden vereinfacht durch eine Verbindung aus Wasserstoff und Kohlenstoffen hergestellt und sind unter den richtigen Herstellungsbedingungen deutlich umweltfreundlicher als fossiles Kerosin. Laut PtL-Roadmap ist es realistisch, dass bis 2030 200.000 Tonnen PtL-Kerosin zur Verfügung stehen. Dies entspricht 2 % des Kerosinabsatzes in Deutschland im Jahr 2019.

Die Sicherheit bei Betankungsvorgängen am Flugzeug unterliegt Anforderungen, welche durch die IATA und ICAO festgelegt werden. An Bord von Flugzeugen wird die Betankung in den USA durch die FAA und in Europa durch die EASA geregelt.

Maritime Anwendungen

Die Relevanz von Wasserstoff im maritimen Bereich steigt stetig. Besonders für die Peripherie von Schiffen, also beispielsweise für Sicherheitssysteme oder die Stromerzeugung wird er derzeitig schon genutzt. Doch auch im Bereich emissionsarmer Antriebe, hier vor allem im Binnenschiffsbereich steigt die Relevanz, während in der Seeschifffahrt eher auf andere erneuerbare Kraftstoffe nicht biogenen Ursprungs (RFNBO) gesetzt wird.

Die FuelEU Maritime ist eine EU-Richtlinie, welche am 01.01.2025 in Kraft getreten ist. Durch die Maßnahmen in der FuelEU Maritime, wird festgelegt, dass die Treibhausgasintensität der verwendeten Kraftstoffe im Schiffssektor bis 2025 um 2% und bis 2050 um 80% reduziert werden muss. Speziell die Verwendung von RFNBOs, wozu auch nachhaltiger Wasserstoff zählt, sollen durch diese Richtlinie gefördert werden.

Ein Standard im Bereich der maritimen Anwendungen, ist der IGF-Code durch die „International Maritime Organization (IMO)“. Dieses Werk bestimmt Sicherheitsvorschriften für Schiffe, welche Gase und andere Treibstoffe mit einem geringen Flammpunkt nutzen. Im europäischen Raum gibt der ES-TRIN die technischen Vorschriften für Wasserstoff-Antriebe in der Binnenschifffahrt.

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