Auf den folgenden Seiten meiner Facharbeit werde ich mich mit alternativen Antriebsmitteln zu Benzin anhand von Wasserstoff und Biotreibstoff beschäftigen. Ich werde zuerst auf Benzin als Kraftstoff eingehen und dabei die Herstellung erläutern, den Energiegehalt berechnen und mich mit den ökologischen Aspekten beschäftigen.
Daraufhin werde ich die gleichen Aspekte auf Biotreibstoff anhand von Bioethanol und auf Wasserstoff anwenden. Aber zuerst möchte ich eine Einführung in die Klimaproblematik liefern: Mit dem Bevölkerungswachstum, der Industrialisierung und der Globalisierung steigt auch der weltweite Energiebedarf und somit auch die Abhängigkeit der Industriestaaten von den großen Ölexporteuren wie Saudi-Arabien, Kanada, Iran und Irak.
Ein Grund für die Entwicklung alternativer Energien ist also das Streben der Industrienationen nach Unabhängigkeit. Wenn man außerdem noch in Betracht zieht, dass weltweit lediglich 10 % der Energie tatsächlich genutzt wird und der Rest verschwendet wird, zeigt sich die Notwendigkeit von neuen Energieformen zur Förderung der Effizienz. Hierzu lässt sich anmerken, dass es zwei Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz beziehungsweise der Nachhaltigkeit im Verkehrssektor gibt.
Zum einen ließen sich die bereits vorhandenen Techniken optimieren, um den Wirkungsgrad zu steigern und die Emissionen zu senken, wobei sich allerdings als Problem erweist, dass die Entwicklungspotenziale so gut wie erreicht sind. Hieraus ergibt sich die zweite Möglichkeit der Entwicklung neuer Antriebstechniken, von denen meine Facharbeit handelt.
Additiv muss man noch ein Hauptaugenmerk auf den globalen Klimawandel legen, da der Verkehrssektor für ein Drittel der weltweiten Kohlenstoffdioxidausstöße verantwortlich ist. So tagten 1992 zum ersten Mal 10000 Delegierte aus 178 Ländern bei einem Klimagipfel in Rio de Janeiro um Maßnahmen zum Schutz des Klimas zu treffen. Allerdings wurden verbindliche Auflagen erst im Kyoto-Protokoll von 1997 beschlossen, das 2005 in Kraft trat. [...]
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Benzin
2.1 Herstellung
2.2 Verbrennungsmotor
2.3 Der Heizwert
2.4 Ökologische Bilanz
3 Biotreibstoffe
3.1 Bioethanol
3.1.1 Herstellung
3.1.2 Nutzung und technische Aspekte
3.1.3 Der Heizwert
3.1.4 Ökologische Bilanz
4 Wasserstoff
4.1 Herstellung
4.1.1 Dampfreformierung
4.1.2 Partielle Oxidation
4.1.3 Elektrolyse
4.2 Nutzung
4.2.1 Brennstoffzelle
4.2.1.1 PEM-Brennstoffzelle
4.3 Der Heizwert
4.4 Ökologische Bilanz
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial alternativer Antriebsmittel zu Benzin, mit dem Fokus auf Wasserstoff und Biotreibstoffen. Ziel ist es, die Herstellung, den Energiegehalt sowie die ökologische Bilanz dieser Energieträger wissenschaftlich zu analysieren und deren Eignung als nachhaltige Alternativen im Verkehrssektor zu bewerten.
- Vergleich fossiler Kraftstoffe mit alternativen Antriebsformen
- Chemische Analyse der Verbrennungsenthalpie und Heizwerte
- Bewertung der ökologischen Nachhaltigkeit und Produktionskette
- Analyse technischer Voraussetzungen und Herausforderungen der Implementierung
- Diskussion der sozioökonomischen Auswirkungen, wie der Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion
Auszug aus dem Buch
3.1.1 Herstellung
Für die Herstellung von Bioethanol werden zucker-, stärke- oder zellulosehaltige Pflanzen benötigt, das heißt, dass es sich um einen Biotreibstoff der ersten Generation handelt. Vor allem die Produktion in Brasilien, die im Jahr 2008 eine Fläche von fast acht Millionen Hektar umfasste, sorgt dafür, dass 65 % der Gesamtproduktion an Bioethanol auf Zuckerrohr zurückzuführen sind. So war Brasiliens Wirtschaft 2008 mit 47 % der Weltproduktion Marktführer in der Herstellung von Bioethanol vor den USA (40 %), die Bioethanol hauptsächlich aus Mais herstellen. Weitere große Produzenten sind China, Spanien und Indien. Zuckerrüben, Kartoffeln oder Getreide eignen sich ebenso zur Produktion von Bioethanol (vgl. Geitmann 2008, S. 84f.), wie auch zellulosehaltige Pflanzen wie Holz oder Stroh. Zur Herstellung des Ethanols wird der Ausgangsstoff zuerst zerkleinert und anschließend wird der Zucker aus der zuckerhaltigen Pflanze durch Auswaschen herausgetrennt.
Bei stärke- und zellulosehaltigen Pflanzen müssen die Kohlenhydrate zuerst durch Verflüssigungs- und Verzuckerungsenzyme zu einer Glukoselösung umgewandelt werden. Problematisch bei zellulosehaltigen Pflanzen ist jedoch im Moment noch, dass die Umwandlung in Bioethanol noch zu energieaufwendig ist und zu kostspielige Enzyme erfordert, was im Endeffekt eine Unwirtschaftlichkeit darstellt. Dem so gewonnenen Zucker werden nun Enzyme von Hefen oder anderen Mikroorganismen beigefügt, die zur Fermentation des Zuckers zu Ethanol und Kohlendioxid führen:
C6H12O6 (s) → 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik des Klimawandels und des wachsenden Energiebedarfs ein und stellt die Notwendigkeit dar, alternative Antriebsformen zu Benzin zu untersuchen.
2 Benzin: Dieses Kapitel erläutert die Gewinnung von Benzin aus Rohöl, beschreibt das Prinzip des Verbrennungsmotors sowie die energetische Bewertung anhand des Heizwerts und der ökologischen Bilanz.
3 Biotreibstoffe: Das Kapitel befasst sich mit der Definition und Generationeneinteilung von Biotreibstoffen und analysiert spezifisch die Herstellung, Nutzung und Ökobilanz von Bioethanol.
4 Wasserstoff: Hier wird das Potenzial von Wasserstoff als langfristige Antriebsalternative untersucht, wobei auf die Produktionsverfahren, die Brennstoffzellentechnologie, den Heizwert und die ökologischen Aspekte eingegangen wird.
5 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse der Untersuchungen zusammen und bewertet die Leistungsfähigkeit sowie Nachhaltigkeit der untersuchten Benzinalternativen im Vergleich zum fossilen Kraftstoff.
Schlüsselwörter
Benzin, Biotreibstoff, Bioethanol, Wasserstoff, Klimawandel, Verbrennungsmotor, Brennstoffzelle, Heizwert, Nachhaltigkeit, Energiewende, PEM-Brennstoffzelle, Verbrennungsenthalpie, CO2-Bilanz, Energieeffizienz, Nahrungsmittelkonkurrenz
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und dem Vergleich von alternativen Antriebsmitteln zu Benzin, insbesondere Wasserstoff und Biotreibstoffen, unter ökologischen und leistungstechnischen Gesichtspunkten.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen umfassen die industrielle Herstellung der Kraftstoffe, ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften, die Effizienz in Antriebssystemen sowie die globalen ökologischen und sozialen Auswirkungen ihrer Nutzung.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist die Beantwortung der Frage, inwiefern alternative Antriebsstoffe wie Wasserstoff und Bioethanol eine nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Lösung für den zukünftigen Verkehrssektor darstellen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine Literaturanalyse zur Erläuterung der technologischen Grundlagen sowie eine mathematische Berechnung zur Ermittlung der spezifischen Heizwerte der untersuchten Kraftstoffe.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden nacheinander Benzin, Bioethanol und Wasserstoff hinsichtlich ihrer Herstellung, ihres Einsatzes in Fahrzeugen und ihrer jeweiligen energetischen sowie ökologischen Vor- und Nachteile detailliert analysiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie Klimawandel, Nachhaltigkeit, fossile Energieträger, Brennstoffzellentechnologie, Bioenergiekreislauf und Energiedichte beschreiben.
Wie unterscheidet sich Bioethanol energetisch von herkömmlichem Benzin?
Der Heizwert von Ethanol ist mit ca. 21 MJ/l deutlich geringer als der von Benzin mit ca. 31 MJ/l, was bei gleichem Energiebedarf einen signifikant höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.
Welche spezifischen Probleme werden bei der Wasserstoffnutzung identifiziert?
Die Hauptprobleme liegen in der aufwendigen und oft unrentablen Speicherung und dem Transport, der derzeitigen Abhängigkeit von fossilen Quellen bei der Produktion sowie der noch fehlenden wirtschaftlichen Konkurrenzfähigkeit gegenüber Benzin.
- Arbeit zitieren
- Sebastian Gaus (Autor:in), 2014, Wasserstoff und Biotreibstoffe als Alternative zu Benzin, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/311349
