Verband der Elektrotechnik Brennstoffzellen stehen vor dem Durchbruch - jetzt ist Normung gefragt

Minikraftwerke statt Akku: Fachleute gehen davon aus, dass Brennstoffzellen schon bald als Versorgungseinheiten für Laptops, Mobiltelefone und Camcordern auf dem Markt angeboten werden. Darüber hinaus gibt es weitere vielversprechnde Entwicklungen. Aber eine internationale Vermarktung wird nur dann Erfolg haben, wenn entsprechende Normen existieren.

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Erfahrungsgemäß werden Neuentwicklungen wie Brennstoffzellen für Laptops, Mobiltelefone oder Camcorder schnell den Sprung auf den Weltmarkt schaffen, wenn Kostenziele und Produktqualität überzeugen können. Auch in kleinen tragbaren Geräten für die mobile Stromerzeugung werden Brennstoffzellen neue Möglichkeiten schaffen. Denn sie bieten gegenüber herkömmlicher Technik einen echten Mehrwert. Laptops können unabhängig vom Stromnetz viele Stunden laufen, leere Akkus im entscheidenden Moment gehören der Vergangenheit an. Auch für größere Einheiten zur unterbrechungsfreien Stromversorgung ist die Brennstoffzelle eine echte Option: Lärmende Generatoren können durch flüsterleise Geräte ohne Schadstoffausstoß ersetzt werden. Für diese Anwendungen wird die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC), eine Weiterentwicklung der PEM-Zelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), favorisiert, die mit flüssigem Methanol oder Methanoldampf betrieben wird. Das Potenzial der Brennstoffzelle ist enorm: Allein in Deutschland werden jedes Jahr nahezu eine Milliarde Batterien und rund 90 Mio. Akkus verkauft. Schon ein Marktanteil von nur wenigen Prozent könnte zu Stückzahlen führen, wie sie die Brennstoffzelle in den kommenden Jahrzehnten wohl in keinem anderen Segment erreichen wird.

Ohne Normung kein Export in fremde Länder

Die Brennstoffzelle — eine Erfolgsstory, könnte es also bald heißen. Dabei wird häufig vergessen, welchen Anteil daran die grenzüberschreitende Normung hat. So wurden im Technischen Komitee 105 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) bereits im Jahr 2000 die Grundzüge für ein Normungsprogramm festgelegt. Inzwischen gibt es auf breiter Basis Internationale Normen, die für Produkte gelten, die noch nicht auf einem weit entwickelten Markt beschafft werden können. Gab es zunächst nationale Alleingänge in den USA, Japan und Europa, um kein Know-how preiszugeben, setzte sich die Einsicht durch, dass einheitliche Internationale Normen auf den Gebieten Terminologie, Sicherheit und Gesundheitsschutz, Mess- und Prüfverfahren, Entsorgung und Recycling für den Herstellern und Kunden von Vorteil sind.

In diesem Sinne ist die Normung sogar ein wichtiger Marktöffner. „Die Entwicklung begleitende Normung stellt so gewissermaßen eine Schnittstelle zwischen klassischen technischen Anforderungen, wie Sicherheit und Standardisierung von Komponenten und Verfahren, sowie Marketinginteressen und F+E-Anstrengungen dar“, erklärt Prof. Wolfgang Winkler von der Hochschule für angewandte Wissenschaften in Hamburg, der zugleich Sekretär des IEC/TC 105 ist. Normen sind auch eine wichtige Voraussetzung für die Genehmigung durch Behörden, die zum Beispiel Regelungen schaffen müssen, wie mit den Minikraftwerken und den zugehörigen Methanol-Kartuschen im Flugverkehr umzugehen ist.

Brennstoffzelle nutzt Biomasse

„Wer heute unternehmerisch tätig ist, entwickelt und produziert für den Weltmarkt. Ohne Normung könnte er sein Produkt aber gar nicht verkaufen, weil er gar keine Betriebserlaubnis im Ausland bekäme“, ergänzt Gerhard Huppmann, der ursprüngliche Systementwickler des „HotModule“, eines Brennstoffzellensystems mit Karbonatschmelztechnologie (MCFC, Molten Carbonat Fuel Cell), das insbesondere für die Nutzung von Biomasse eingesetzt werden soll. Das HotModule wird heute von der CFC Solutions GmbH in Ottobrunn gefertigt und vertrieben. Über 35 Projekte mit dem besonderen Kraftwerk wurden bereits weltweit realisiert. Derzeit liegt die Leistung bei 250 kW, geplant ist eine Verdoppelung auf 500 kW bis 2009. Besonderer Vorteil dieser Lösung: Das HotModule erlaubt die Verwendung verschiedenster Brenngase wie Erdgas, Biogas, Grubengas, Klärgas, Faulgas oder Synthesegase aller Art. Ein weiterer Pluspunkt ist der hohe Zellwirkungsgrad von 55%.

Unabhängige Energieversorgung

Die kleinen Zellen für den portablen und tragbaren Bereich wurden maßgeblich von Dr. Alexander Dyck im Sinne der Unternehmen beeinflusst. Die teilweise schon veröffentlichten Normen ermöglichen einen weltweiten Handel, Transport und Anwendung dieser Brennstoffzellensysteme. Die FWB Kunststofftechnik GmbH in Pirmasens nutzt diese Dokumente zum Design ihrer Systeme um sie beim Transport von Gütern einzusetzen. Mit dem Hybridsystem von Mikro-Brennstoffzellen mit Batterien gelingt es, eine unabhängige schnellladefähige Energieversorgung über mehrere Monate auf Basis von Methanol als Energieträger bereitzustellen. „In der industriellen Kleinstromversorgung trägt dabei der Mehrwert die anfänglichen Mehrkosten einer Markteröffnung“, postuliert Dyck den Vorteil dieser frühen Märkte.

Objektive Kriterien für Leistungsmerkmale

Die Arbeit der Normungsspezialisten wurde von Anfang an durch die Festlegung der Gebiete Definitionen, Brennstoffzellenmodule, stationäre Systeme, Brennstoffzellen für den Transport und tragbare Systeme strukturiert. Sie zielte dabei insbesondere auf die Erstellung sicherheitsrelevanter Grundsätze und objektiver Kriterien zur Beurteilung von Leistungsmerkmalen. „Ein Kunde muss sich gerade in einem so neuen Feld wie der Brennstoffzelle auf technische Angaben zum Beispiel zum Wirkungsgrad oder zur Leistung verlassen können, derartige Daten müssen weltweit vergleichbar sein — auch das schafft die Normung“, so Huppmann.

Normen sind so wichtig wie Lizenzen und Patente

„In diesem Sinne ist Normung ein wichtiger Erfolgsfaktor strategischer Unternehmensführung, ähnlich bedeutend wie Lizenzen und Patente“, betont Prof. Knut Blind vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) Karlsruhe. Umso wichtiger, dass das Sekretariat des IEC/TC 105 in deutschen Händen liegt, die sich bei der Gründung gegen hochkarätige Bewerbungen durchsetzen konnten. Mitarbeiter aus 15 Ländern und Beobachter aus weiteren zwölf Staaten vertreten die Interessen von Australien bis Kanada, von Europa bis China, von den USA bis nach Japan, Korea und Thailand. „Das Sekretariat ist sozusagen der Motor, der die international verteilte Arbeit voranbringt und möglich effizient koordiniert“, erklärt Winkler.

Kraft-Wärme-Kopplung für den Hausgebrauch

Derzeit laufen in Deutschland Pilotprojekte für rund 150 Klein- und 15 Großanlagen mit Brennstoffzellen zur Wärme- und Stromversorgung von Einfamilien- und Reihenhäusern, öffentlichen Gebäuden, Hotels und Industriebetrieben. Unternehmen wie Vaillant und Vießmann treiben die Kraft-Wärme-Kopplung „für den Hausgebrauch“ auf Basis der Brennstoffzelle voran. „Die Forschungs- und Entwicklungsstand stationärer Brennstoffzellen in Deutschland zur Strom- und Wärmegewinnung befindet sich technologisch auf sehr hohem Niveau“, konstatiert das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie, das 2006 installiert wurde und ein wichtiger Baustein ist, um die Technologieführerschaft für stationäre und mobile Anwendungen der chemischen Kraftwerke zu sichern. In den kommenden zehn Jahren soll hierfür mindestens 1 Mrd. € bereitgestellt werden, die je zur Hälfte von der Wirtschaft und dem Bund getragen werden soll. Die Normungsprofis aus aller Welt arbeiten derzeit bereits an neuen Themen: Brennstoffzellen für Antriebssysteme und Testmethoden stehen derzeit auf der Agenda.

VDE-Institut und ISE prüfen gemeinsam Mikrobrennstoffzellen und -systeme

Das VDE-Institut und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE kooperieren ab sofort bei der Prüfung und Zertifizierung von Brennstoffzellen und Brennstoffzellensystemen für portable Anwendungen. Beide Institute unterzeichneten hierzu ein Memorandum of Understanding. Im Rahmen der Kooperation übernimmt das VDE-Institut die Sicherheitsprüfung und Zertifizierung nach den gängigen Normen und Standards, während die relevanten Performance-Prüfungen gemeinsam durchgeführt werden.

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