Energiewende, Elektrifizierung und Elektrolyse – Forschung für mehr Umwelt- und Klimaschutz
Anlässlich des Weltumwelttags gibt Bosch Research einen Einblick in die Forschungsaktivitäten rund um das Thema Klima- und Umweltschutz.
Am 5. Juni 2024 ist „Weltumwelttag“. Ein Tag, der einmal mehr das Bewusstsein für die Bedeutung von Umwelt- und Klimaschutz für ein nachhaltig gutes Leben und die Zukunft unseres Planeten schärft. Die Bosch Forschung ist sich dieser Aufgabe bewusst und gibt technische Antworten auf ökologische Fragen, getreu dem Leitsatz „We innovate for life“. Im Fokus vieler Forschungsaktivitäten bei Bosch Research steht die Verbesserung des Lebens durch technologisch intelligente Lösungen, die Umwelt und Ressourcen gleichermaßen schonen. So erforscht und entwickelt die Bosch Forschung Technologien, die dazu beitragen, den CO₂-Fußabdruck von Bosch-Produkten kontinuierlich zu verringern und arbeitet zugleich am Konzept der Kreislaufwirtschaft.
Elektrisch unterwegs
Auf dem Gebiet der Elektromobilität erforscht und entwickelt Bosch Research die technologischen Grundlagen für die Transformation aller Fahrzeugtypen: von E-Bikes, Motorrädern, Pkw und Lkw bis hin zu Off-Road-Fahrzeugen wie dem elektrischen Bagger – und das auf allen Wertschöpfungsstufen der Elektromobilität. Dazu gehören Halbleiterbauelemente, Leistungselektronik, elektrische Antriebe und Gesamtsysteme wie die Bosch eAchse. Wichtige Fragen, die sich unsere Forscherinnen und Forscher stellen, sind: Bleibt Kupfer der elektrische Leiter der Zukunft? Oder: Können Magnete aus seltenen Erden durch nachhaltigere und leichter verfügbare Materialien ersetzt werden? Bosch Research arbeitet intensiv mit führenden Forschungseinrichtungen weltweit zusammen.
Von Wasser zu Wasserstoff – mit dem Smart Electrolysis Module
Bei der Elektrolyse wird aus Wasser Wasserstoff gewonnen. Aufgrund der großen Bedeutung der Technologie für den Klimaschutz hat Bosch im Jahr 2022 ein neues Geschäftsfeld gegründet und will in den kommenden Jahren bis zu 500 Millionen Euro in die Technologie investieren. Der Elektrolyse-Stack, in dem der elektrochemische Prozess abläuft, ist dabei die wichtigste Komponente. Bosch konzentrierte sich zunächst auf die Entwicklung eines 1,25-MW-PEM (engl.: Proton Exchange Membrane)-Elektrolyse-Stacks. Gleichzeitig wird ein „Smart Electrolysis Module“ entwickelt. Dieses kombiniert den PEM-Elektrolyse-Stack mit einer Steuereinheit, Leistungselektronik und Sensoren. Die Bosch Forschung ist seit 2012 Vorreiter auf diesem Gebiet und lässt ihre langjährige Expertise kontinuierlich in die Produktentwicklung einfließen.
Mobil mit Wasserstoff
Während die Elektrolyse Wasserstoff aus Wasser erzeugt, wandeln stationäre oder mobile Brennstoffzellen den Wasserstoff wieder in Strom um. Brennstoffzellen können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, zum Beispiel in der Industrie, in Gebäuden als Ersatz für Erdgas- oder Ölheizungen oder in Nutzfahrzeugen. Mobilität auf Basis von Brennstoffzellenantrieben verspricht aufgrund der hohen Energiedichte von Wasserstoff große Reichweiten und kurze Betankungszeiten. Der aktuelle Entwicklungsschwerpunkt liegt auf der Erreichung der Serienreife des Elektrolyse-Stacks mit der Proton Exchange Membrane (PEM)-Technologie. Darüber hinaus steigert Bosch Research die Effizienz von Brennstoffzellensystemen und sucht nach Lösungen für kostengünstigere und besser verfügbare Materialien.
Dezentrale Energie für Gebäude
Um Gebäude dezentral mit Energie zu versorgen, setzt Bosch Research auf stationäre Brennstoffzellensysteme. Die Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-Technologie ist für den zukünftigen Betrieb mit Wasserstoff ausgelegt und arbeitet bei Verwendung von „grünem Wasserstoff“ klimaneutral. Als grüner Wasserstoff wird Wasserstoff bezeichnet, der durch die Verwendung von erneuerbaren Energien erzeugt wird. Das SOFC-System befindet sich derzeit in der Pilotphase und kann bereits mit Erdgas oder Biomethan betrieben werden, wobei im Vergleich zur Stromerzeugung in Kohlekraftwerken etwa zwei Drittel weniger CO₂ ausgestoßen wird1. Zu Beginn ihrer Lebensdauer wird ein elektrischer Wirkungsgrad von rund 60 Prozent erreicht. Bei zusätzlicher Nutzung der Abwärme kann ein Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90 Prozent erreicht werden.
CO₂-freies Heizen mit elektrischer Energie spielt auch bei der Dekarbonisierung von Gebäuden eine entscheidende Rolle. In Deutschland sind Gebäude für rund 30 Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich2, insbesondere durch das Heizen. Derzeit gelten Wärmepumpen in Kombination mit einer Photovoltaikanlage als geeigneter Weg, um die Energiewende im Heizungskeller voranzutreiben. Bosch bietet bereits seit vielen Jahren Wärmepumpen für Ein- und Mehrfamilienhäuser an. In der neuesten Wärmepumpengeneration setzt der Bosch Geschäftsbereich Home Comfort auf natürliche Kältemittel und einen besonders leisen Betrieb. Zusätzlich trägt die Forschung durch virtuelle Entwicklung, Regelungstechnik und maschinelles Lernen zu „intelligenteren“ Wärmepumpensystemen bei. Kompakte Ausführungen des Kältekreislaufs ermöglichen den Einsatz von Wärmepumpen auch in Gebäuden mit begrenztem Platz.
Mit „Kreislaufwirtschaft“ die Dinge zu Ende denken
Aufgrund der zunehmenden Ressourcenknappheit ist es wichtig, Ressourcen effizient und nachhaltig zu nutzen. Deshalb engagiert sich Bosch Research bei der Erforschung und Umsetzung der Konzepte der Kreislaufwirtschaft. Dabei wird der gesamten Lebenszyklus eines Produkts betrachtet und Nachhaltigkeit in jedem Produktions- und Nutzungsschritt angestrebt – bis hin zu einem zweiten Leben. Ein Fokus der Kreislaufwirtschaft liegt auf der Verwendung von Materialien, die von Beginn an nachhaltig sind, beispielsweise durch den Einsatz von Materialien mit einem bestimmten Rezyklatanteil. Die Umwandlung von vermeintlichen Abfallstoffen in anspruchsvolle Industrietechnik bleibt jedoch eine Herausforderung. Forscher von Bosch Research arbeiten derzeit an der Verwendung von recycelten Kunststoffen in Produkten. Das ist bereits in einem Projekt gelungen, bei dem Starterbatterien in Ultraschallsensoren umgewandelt wurden.
Die Dinge neu denken: Wenn Reduzieren nicht mehr ausreicht
Eine Möglichkeit, mit unvermeidbaren CO₂-Emissionen umzugehen, wäre, das CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen. Ähnlich wie bei einem Staubsauger werden beim „Direct Air Capture“ (deutsch: CO₂-Abscheidung) große Mengen Luft eingesaugt, die innerhalb eines Kollektors in mehreren Schritten gefiltert und anschließend mit einem deutlich geringeren CO₂-Gehalt wieder ausgestoßen werden. Bosch Research arbeitet deshalb aktuell intensiv an der Erforschung von Technologien zur Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft und bewertet Markteintrittsszenarien.
Mit all diesen Forschungsprojekten bleibt Bosch Research dem Selbstverständnis von Bosch treu: Wir entwickeln „Technik fürs Leben“ – nicht nur für heute, sondern auch für künftige Generationen.
