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$\textbf{Studienbeschreibung}$ Die Studie "Brennstoffzellen für mobile Anwendungen" wurde gemeinschaftlich von der Programmgruppe Systemforschung und Technologische Entwicklung STE (Federführung) sowie dem Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik IWV-3 des Forschungszentrum Jülich erarbeitet. Angesetzt wurde bei der zur Zeit diskutierten Frage nach den Möglichkeiten des Einsatzes von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen auf dem Weg zu einer zukünftigen "Nachhaltigen Mobilität". In diesem Kontext wurde untersucht, ob mit den bereits sichtbaren und den zukünftig erwarteten Eigenschaften von Brennstoffzellenantrieben im Energiebedarfssektor "Verkehr" Vorteile in Bezug auf Umweltsituation und Energieträgerversorgung erwartet werden können, auch im Vergleich zu weiterentwickelten konventionellen Fahrzeugen. Ein Schwerpunkt der Untersuchung lag bei der Ermittlung von Technik- und Kraftstoffbereitstellungsdaten sowohl für mit Brennstoffzellen angetriebene als auch für weiterentwickelte konventionelle Kraftfahrzeuge. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurden F&E-Schwerpunkte im Bereich der mobilen Brennstoffzellen-Anwendungen identifiziert und Handlungsempfehlungen gegeben. $\textbf{Arbeitsprogramm}$ Im einzelnen wurden folgende Arbeitschritte bearbeitet und abgeschlossen: - Analyse von Brennstoffzellenantrieben nach ökonomischen und ökologischen Kriterien unter Berücksichtigung technischer Innovationen für Stacks, Peripherieeineinheiten und Elektro-Antriebe - Fahrzeugsimulationen und Validierung der gewonnenen Ergebnisse - Analysen für zukünftige Energieträger: Verfügbarkeit, Herstellung, Transport, Infrastrukturen, Kosten, Spezifikationen, Sicherheits- und Zulassungsbestimmungen - Bedingungen der Markteinführung: Steuern, Umweltauflagen und Akzeptanz - Potenzialabschätzungen: Energie- und Emissionsbilanzen $\textbf{Ergebnisse der Arbeiten}$ Zur Analyse von Technik- und Kraftstoffbereitstellungsdaten [...]

Die wiederkehrenden hohen sommerlichen Ozonwerte in den vergangenen Jahren haben auch in Deutschland zu einer verstärkten Diskussion über die Entstehung von Sommersmog und seine möglichen negativen Auswirkungen auf Menschen, Tiere und Pflanzen geführt. Im Forschungszentrums Jülich wurden dadurch interdisziplinäre Fachdiskussionen ausgelöst, die zu neuen Forschungsansätzen bezüglich der Bedeutung von Spurengasemissionen des Verkehrs für die Bildung von Sommersmog führte. Grundlagen für diese Fachdiskussionen waren dadurch gegeben, daß Fragestellungen aus den Bereichen Energie und Umwelt schon lange Schwerpunkte im Forschungs und Entwicklungsprogramm des Jülicher Zentrums bildeten. An diesen Diskussionen beteiligt waren und sind Wissenschaftler aus den Disziplinen Luftchemie, Biologie, Energie und Verfahrenstechnik sowie Systemanalyse. Durch das Zusammenführen der Ergebnisse laufender Forschungsvorhaben soll herausgefunden werden, welche wissenschaftlichen Untersuchungen zur Beantwortung noch offener Fragestellungen notwendig sind und in Angriff genommen werden müssen. Ziel dieser Arbeiten ist letztlich die Erarbeitung von Empfehlungen zur Verminderung jenes Anteils des Sommersmogs durch technische und/oder gesetzgeberische Maßnahmen, der durch Verkehrsemissionen verursacht wird. Die vorliegende Monographie gibt einen Überblick über den derzeitigen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnisse, der laufenden Arbeiten und der Gesetzgebung und zeigt mögliche Beiträge Jülicher Wissenschaftler zur Beantwortung der offenen Fragestellungen auf. Sie aktualisiert, ergänzt und vertieft damit zwei frühere Monographien des Forschungszentrums Jülich: Ozon in Deutschland(Nr. 2/1990) und Neue Energieträger für den Verkehr(Nr.5/1991).

Im vorliegenden Bericht wird die Rolle von Methanol als neuer Energieträger und damit als ein Lösungsvorschlag für die Verbesserung der durch den Verkehr verursachten Umweltsituation aufzeigt, denn gerade die verkehrsbedingten Emissionen konventioneller Antriebssysteme haben einen wesentlichen Anteil an der Veränderung der bodennahen Ozonbelastung. Es wird insbesondere die Herstellung von Methanol aus Erdgas analysiert und in einem Datererhebungsblatt dokumentiert. In Ergänzung werden die Verfahrenstechniken der Herstellung von Methanol aus Kohle und Biomasse und die Nutzung von Methanol für die Benzin-Synthese erläutert. Aus der Analyse der Wechselbeziehung von Energie und Umwelt lassen sich heute folgende Feststellungen, insbesondere mit Bezug auf Methanol, ableiten l/Höhlein, 1991/: 1. Der Straßenverkehr ist hauptverantwortlich für die CO-, C$_{n}$H$_{m}$- und NO$_{x}$-Emissionen und damit für den Sommersmog (Ozon).2. Verschiedene Maßnahmen sind geeignet, die konventionellen Antriebssysteme und Kraftstoffe im Straßenverkehr und damit die Umweltsituation durch quantitative Reduktion und qualitative Veränderung der Emissionen zu verbessern wie z. B.- Kraftstoffverbesserung,- Katalysatorvorheizung,- Motorblockvorheizung und- Modifikation des gesamten Antriebssystems. 3. Als neue Energieträger sind in der Diskussion: Erdgas, Methanol, Kraftstoffe aus Biomasse, Wasserstoff und Elektrizität (Bild 1-1 und 1-2). 4. Diese neuen Energieträger für den Verkehr müssen für den Pkw und auch für die gesamte Energieumwandlungskette (BUK) vom Primärenergieträger bis zum fahrenden Pkw insbesondere hinsichtlich des Energieverbrauchs und der spezifischen CO$_{2}$-, NO$_{x}$-,CO-, C$_{n}$H$_{m}$-, CHOH- , Rußpartikel- und S-Emissionen mit den konventionellen Systemen verglichen werden (Bild 1-1 und 1-2) /Birkle, u.a., 1994/. 5. Die neuen Energieträger Erdgas und Methanol, die ebenso wie Benzin und Diesel CO, NO$_{x}$ und C$_{n}$H$_{m}$ bei der motorischen Verbrennung emittieren, bieten ein großes Potential gegenüber der Benzin- und Dieselverbrennung, die lokale Ozonbildung in der bodennahen Troposphäre zu reduzieren. Dies gilt insbesondere rur Wasserstoff und Elektrizität als Energieträger, wenn man als Bilanzgrenze nur das Fahrzeug ansetzt. 6. Die Energieträger Methanol und Wasserstoff als Speichermedien im Fahrzeug bieten auch erhebliche Vorteile - bezüglich spezifischem Energieverbrauch und spezifischen Emissionen der EUK - in Verbindung mit der Nutzung eines Antriebssystems im Pkw bestehend aus einer Brennstoffzelle als Energiewandler und einem Elektromotor. Im Fall von Methanol als Speichermedium muß im Fahrzeug durch Methanol-Reformierung ein wasserstoffreiches Brenngas für die Brennstoffzelle erzeugt werden /Birkle, u.a., 1994/. 7. Für eine umfassende Bewertung der Energieträger müssen auch entsprechend der jeweiligen Speicherdichte eines Energieträgers und dem im Pkw unterzubringenden Tank beziehungsweise seinem Gewicht die daraus resultierende Reichweite eines Pkw und Kriterien der Logistik, der Sicherheit, der Wirtschaftlichkeit und der Verfügbarkeit der [...]

Traffic contributes considerably to environmental pollution in the Federal Republic of Germany: today's fuels are produced on the basis of oil as a fossil primary energy carrier, and these fuels are burnt at low efficiency, releasing particularly noxious emissions. Thus, there is good reason to suppose that the situation should be improved by reducing these ecologically harmful emissions to a minimum. This report concentrates on the improvement potential of the traffic system with regard to liquid energy carriers used in road traffic. As compared to the present situation with gasoline and diesel used as energy carriers, it is suggested to introduce methanol and alcohol mixtures as liquid synthetic energy carriers. Methanol and alcohol mixtures are preferable to other possible solutions in that on the one hand, their usage in the road traffic implies only minor overall changes as to transport and storage conditions, service stations, and vehicle technology; on the other hand, they provide major environmental advantages. The R&D work of the Research center Jülich (KFA) described in this report includes laboratory tests (synthesis of alcohol mixtures and novel methanol syntheses), pilot plant tests (synthesis of alcohols), technological process developments, and the study of both environmental aspects and the political instruments required for introducing methanol and alcohol mixtures in the market.

For the future, a strongly growing energy demand is expected in the transport sector worldwide. Economically efficient oil production will run through a maximum in the next decade. Higher fuel prices and an environmentally desirable reduction of emissions will increase the pressure for reducing fuel consumption and emissions in road traffic. These criteria show the urgent necessity of structural changes in the fuel market. Due to its advantages concerning industrial-scale production, storage and global availability, methanol has the short- to medium-term potential for gaining increased significance as a substitution product in the energy market. Methanol can be produced both from fossil energy sources and from biomass or waste materials through the process steps of synthesis gas generation with subsequent methanol synthesis. Methanol has the potential to be used in an environmentally friendly manner in gasoline/methanol mixtures for flexible fuel vehicles with internal combustion engines and in diesel engines with pure methanol. Furthermore, it can be used in fuel cell vehicles with on-board hydrogen production in direct methanol fuel cell drives, and in stationary systems for electricity and heat generation as well as for hydrogen production. Finally, in portable applications it serves as an energy carrier for electric power generation. In this book, the processes for the production and use of methanol are presented and evaluated, markets and future options are discussed and issues of safety and environmental impacts are addressed by a team of well-known authors.

In the medium- to long-term perspective, new final energy carriers for mobile and stationary applications will be produced on a fossil and increasingly on a renewable basis. Methanol, large amounts of which are currently produced for the chemicals market, will be able to play a significant part in this field. Methanol can be used in both internal combustion engines and also in fuel cells: in mobile aggregates for vehicle drives, in stationary plants for power and heat generation, in portable fuel cell assemblies for electric power generators. Furthermore, industrial downstream products of methanol are also conceivable. Today, methanol is mainly produced from natural gas, but it can also be obtained from fossil energy sources and biomass. The present book - with contributions from research and industry - presents a comprehensive picture of the production methods and applications of methanol and its downstream products, and also an overview of market and cost developments worldwide, as well as issues of safety and environmental impacts. In the applications, major attention is focused on road traffic.