Brennstoffzellentechnologie. Wasserstoff, mobile Anwendung, Analyse und Einschätzung


Facharbeit (Schule), 2017

16 Seiten, Note: 2

Anonym


Leseprobe

Inhalt

1 Einleitung

2 Die Brennstoffzelle
2.1 Alkalische Brennstoffzelle (AFC-Brennstoffzelle)
2.2 Membranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle)
2.3 Direkt-Methanol Brennstoffzelle (DMFC-Brennstoffzelle)
2.4 Phosphor-Brennstoffzelle (PAFC-Brennstoffzelle)
2.5 Fazit Brennstoffzelle

3 Wasserstoff
3.1 Dampfreformierung
3.2 Partielle Oxidation
3.3 Grüne Wasserstoffherstellung
3.4 Wasserelektrolyse
3.5 Fazit Wasserstoff

4 Mobile Anwendung
4.1 Wasserstofftank
4.2 Sicherheit
4.3 Problem Kaltstart
4.4 Optimierung
4.5 Aktueller technischer Stand
4.6 Tankstellen
4.7 Marktperspektiven

5 Analyse und Einschätzung

6 Anhang

1 Einleitung

Immer mehr Menschen besitzen heutzutage ein Auto. Laut Statistiken gibt es im Jahr 2018 in Deutschland rund 46,5 Millionen zugelassene Kraftfahrzeuge1. Im Vergleich zum Jahr 1960, wo ca. 4,5 Millionen Kraftfahrzeuge zugelassen waren, hat sich die Anzahl an PKWs in Deutschland mehr als verzehnfacht. Diese 46,5 Millionen Fahrzeuge brauchen Energie um angetrieben zu werden. Die dafür notwendige Energie wird heutzutage größtenteils aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Fossile Brennstoffe werden immer weniger und neigen sich langsam dem Ende zu. Die jüngsten Dieselabgasskandale und die drohenden Fahrverbote für Dieselfahrzeug in Städten lassen uns nach einer alternativen Antriebsart für Kraftfahrzeuge suchen. Eine Alternative bietet die Brennstoffzellentechnologie in der Fahrzeugtechnik, die mit einer Reaktion aus Sauerstoff und Wasserstoff Energie erzeugt. Die durch die Brennstoffzelle eingesparten CO2 Abgase sprechen für eine Revolution der Energieversorgung in Fahrzeugen. Diese Kohlenstoffdioxid Reduzierung ist nötig, um den Klimawandel zu stoppen und die politischen Ziele zum Ausstoß von Abgasen zu erfüllen. Somit stellt sich die Frage, ob die Brennstoffzellentechnologie das Potential hat, eine effiziente und komfortable Alternative zu den Verbrennungsmotoren in der Fahrzeugtechnik zu werden. Diese Facharbeit gibt einen Überblick über die bestehenden technologischen Entwicklungen im Bereich der Brennstoffzellentechnologie und der Wasserstoffgewinnung. Und setzt diese in einen Bezug zur mobilen Anwendung in Kraftfahrzeugen. Anschließend wird eine Analyse und Einschätzung zur Brennstoffzellentechnologie in der Fahrzeugtechnik abgegeben. Zum Schluss werden die Vor- und Nachteile der Brennstoffzellentechnologie miteinander verglichen und es wir eine Zukunftsprognose zum Brennstoffzellenmarkt aufgestellt.

2 Die Brennstoffzelle

In einer Brennstoffzelle reagiert ein Brennstoff, wie zum Beispiel Wasserstoff, mit einem Oxidationsmittel, wie zum Beispiel Sauerstoff. Eine solche Reaktion wird kalte Verbrennung genannt2. Eine kalte Verbrennung ist eine chemische Reaktion, bei der die Energie nicht als thermische Energie, sondern elektrische Energie freigesetzt wird. In einer Brennstoffzelle befinden sich zwei Elektroden, die durch eine Elektrolytschicht voneinander getrennt sind. An der Kathode befindet sich der Sauerstoff. Auf der anderen Seite der Elektrolytschicht befindet sich die Anode, an der sich der Wasserstoff befindet. Die Elektrolytschicht dient als eine Art Speerschicht, die den Sauerstoff und den Wasserstoff voneinander abtrennt. Diese Speerschicht ist eine semipermeable Membran, welche Ionen durchlässig ist. An der Anode wird der Wasserstoff oxidiert, sodass Wasserstoffprotonen und freie Elektronen entstehen (H²->2H++2e-). Die Elektronen gelangen über einen Leiter von der Anode zur Kathode. Diese Elektronenbewegung wird als elektrische Energie definiert. Die entstandenen Wasserstoffprotonen können die Ionen durchlässige Membran durchdringen und gelangen somit zur Kathode. An der Kathode reagiert der Sauerstoff mit den Elektronen und den Wasserstoffprotonen und wird dadurch Wasser (O²+4H++4e- ­->H2O). Die Leistung von Brennstoffzellen kann erhöht werden, indem man mehrere Brennstoffzellen zu einem Stack zusammenbaut. Die hier aufgezeigten Brennstoffzellen haben alle einen Wirkungsgrad von 70-80%. Das heißt, dass dieser Wert in effektive Energie, die für den Antrieb genutzt werden kann, umgewandelt wird. Ein sehr effizienter Dieselmotor erreicht maximal einen Wert von 40%. Somit nutzt die Brennstoffzelle mehr als das doppelte des Brennwertes Ihres Kraftstoffes aus und ist dem Dieselmotor effizienztechnisch überlegen.

2.1 Alkalische Brennstoffzelle (AFC-Brennstoffzelle)

Die alkalische Brennstoffzelle ist eine Brennstoffzelle, welche zwischen ihren Elektroden Kalilauge als Elektrolyt hat. Da Kalilauge mit Kohlenstoffdioxid reagiert, muss der zugefügte Sauerstoff und auch der Wasserstoff sehr rein sein. Auch darf die Kalilauge nicht mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen, da die Luft Kohlenstoffdioxid enthält. Die Kalilauge verliert nach einer Reaktion mit Kohlenstoffdioxid die Fähigkeit, als Elektrolyt zu fungieren. Hierzu kommt, dass bei der alkalischen Brennstoffzelle reiner Sauerstoff verwendet werden muss, und der Umgebungsluft enthaltende Sauerstoff kann nicht verwendet werden.

2.2 Membranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle)

Die Membranbrennstoffzelle hat als Elektrolyt eine dünne Plastikschicht. Die Polymermembran lässt nur Protonen durch. Damit eine Reaktion an den Elektroden stattfindet, braucht sie eine dünne Platinschicht als Katalysator. Dieses aufwendige Verfahren erhöht die Kosten der Brennstoffzelle enorm. Die PEM Brennstoffzelle kann als Sauerstoff den aus der Umgebungsluft verwenden und ist somit im Gegensatz zur alkalischen Brennstoffzelle wesentlich alltagstauglicher. Die Membranbrennstoffzelle benötigt als Brennstoff reinen Wasserstoff. Die Betriebstemperatur dieser Brennstoffzelle liegt zwischen 90°C und 180°C.

2.3 Direkt-Methanol Brennstoffzelle (DMFC-Brennstoffzelle)

Die Direkt-Methanol Brennstoffzelle hat wie die Membranbrennstoffzelle eine dünne Kunststoffschicht als Polymermembran. Sie kann Sauerstoff aus der Umgebungsluft verwenden und braucht gleichfalls eine Platinschicht als Katalysator. Der große Unterschied zwischen der DMFC-Brennstoffzelle und der PEM-Brennstoffzelle ist der, dass sie Methanol im Gegensatz zu Wasserstoff als Brennstoff verwendet. Methanol hat den Vorteil einer einfacheren Lagerung und besserer Transportfähigkeit. Das Synthetisieren von Methanol aus Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff ist allerdings komplexer und aufwendiger als der reine Prozess der Wasserstoffherstellung. Zwar wäre aus Erdgas produziertes Methanol einfach beschaffbar. In diesem Fall aber nicht logisch, da die Brennstoffzellentechnologie uns weg von den fossilen Brennstoffen bringen soll.

2.4 Phosphor-Brennstoffzelle (PAFC-Brennstoffzelle)

Die Phosphor-Brennstoffzelle hat eine Betriebstemperatur von ca. 200°C. Sie benutzt als Elektrolyt Phosphorsäure, die in einem Vlies gebunden ist. Der Vorteil einer Säure als Elektrolyt ist, dass die Brennstoffzelle nicht nur gasförmige Brennstoffe, sondern auch flüssige Kohlenwasserstoffe in Energie umwandeln kann. Ebenfalls braucht die Brennstoffzelle einen Katalysator aus Platin, weshalb ihr Preis steigt. Die PAFC-Brennstoffzelle eignet sich für den stationären Gebrauch und ist für eine lange Laufzeit konzipiert.

2.5 Fazit Brennstoffzelle

In Folge der Betrachtung der vier vorgestellten Brennstoffzellen stellt sich die Frage, welche Brennstoffzellen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet sind und welche nicht. Die alkalische Brennstoffzelle wurde schon auf verschiedenen bemannten Raummissionen eingesetzt, wie zum Beispiel den Apollo Missionen3. Da auf Raummissionen zusätzlich Tanks mit Sauerstoff mitgeführt werden, ist der hohe Sauerstoffbedarf dort kein Problem. Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ist die alkalische Brennstoffzelle allerdings nicht geeignet, da sie nicht mit Kohlenstoffdioxid kompatibel ist. Somit ist die alkalische Brennstoffzelle nicht mit der Umgebungsluft kompatibel. Hieraus resultiert, dass in einem Kraftfahrzeug nicht nur ein Wasserstofftank, sondern auch ein Tank mit reinem Sauerstoff vorhanden sein müsste. Dies ist zum einen sehr ineffizient, da ein zusätzlicher Tank zusätzliches Gewicht bedeuten würde. Und zum anderen würden neben den Wasserstoff Tankkosten auch noch Kosten für reinen Sauerstoff hinzukommen. Des Weiteren bedeutet ein zusätzlicher Tank gleichermaßen auch zusätzlichen Platz in einem Kraftfahrzeug. Der erhöhte Platzbedarf beinhaltet Verlust an Komfort. Die Membranbrennstoffzelle hat gegenüber der alkalischen Brennstoffzelle den Vorteil, dass sie mit dem in der Umgebungsluft vorkommenden Sauerstoff harmoniert. Die PEM-Brennstoffzelle braucht somit keinen zusätzlichen Tank für Sauerstoff und ist in diesem Punkt in Kraftfahrzeugen einsetzbar. Auf Grund, dass die PEM-Brennstoffzelle Platin als Katalysator benötigt, ist diese in der Anschaffung sehr teuer. Die hohen Platinpreise sind ein Grund für die hochpreisigen Anschaffungskosten eines Neuwagens. Der geringe Anteil von Verschleißteilen in einer Brennstoffzelle und die somit verbundene Langlebigkeit und Nachhaltigkeit der Brennstoffzelle rechtfertigen den hohen Anschaffungspreis. Darüber hinaus werden durch den geringen Anteil an Verschleißteilen die Kosten für Reparatur- und Wartungsarbeiten gesenkt. Die Direkt-Methanol Brennstoffzelle ist durch die Verwendung von Methanol statt Wasserstoff der PEM-Brennstoffzelle überlegen, da bei der PEM-Brennstoffzelle die Speicherung der Energie und somit auch der Tank von Wasserstoff komplizierter ist. Dem gegenüber stehen die Produktionskosten, da sauber produziertes Methanol teurer ist als die saubere Produktion Wasserstoffs. Ob die einfachere Speicherung den Mehrkosten des Brennstoffs überwiegt, kann ohne weitere Studien nicht belegt werden. Die Phosphor-Brennstoffzelle ist eher für die stationäre Anwendung gedacht und somit für die mobile Anwendung in Kraftfahrzeugen nicht geeignet. Die beiden möglichen Brennstoffzellen für die Automobilindustrie sind die Membranbrennstoffzellentechnologie und die Direkt-Methanol-Brennstoffzellentechnologie. Hierzu müssen noch weitere Studien laufen, um zu einem abschließenden Ergebnis zu kommen.

3 Wasserstoff

Wasserstoff ist ein Element, das in reiner Form in unserer Natur nicht vorkommt. Es ist entweder in der Verbindung mit Wasser oder Kohlenwasserstoffen vorhanden. Um den Energieträger Wasserstoff nun aus Wasser oder Kohlenwasserstoffen zu gewinnen, gibt es mehrere Möglichkeiten. 90% des heutzutage hergestellten Wasserstoffs wird aus fossilen Kohlenwasserstoffen generiert4. Das Problem ist, dass fossile Brennstoffe sehr begrenzt sind. Der hohe Ausstoß des Klimaschädlichen CO² ist nicht klimaneutral. Somit muss, um die Wasserstofftechnologie in die Fahrzeugtechnik zu integrieren, eine nachhaltige und saubere Gewinnung von Wasserstoff gefunden werden.

3.1 Dampfreformierung

Bei der Dampfreformierung wird aus einem Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Methan, unter Zugabe von Wasserdampf bei ca. 900°C Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid katalysiert (H2O+CH4 -> CO+3H2, HR,0=206kj/mol) oder (2H2O+CH4->CO2+4H2, HR,0=165kj/mol)5. An den beiden Gleichungen ist erkennbar, dass die Reaktion zu Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid energetisch günstiger ist. Dennoch sind beide Reaktionen endotherme Reaktionen, die ohne die starke Wärme Zufuhr von 900°C nicht stattfinden können. Das entstandene Kohlenstoffmonoxid kann zusammen mit Wasser noch zu Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff reagieren. Diese Reaktion (CO+H 2 O->CO2+H2, HR,0=-41kj/mol) findet exotherm statt und nutzt das Abfallprodukt Kohlenstoffmonoxid zur weiteren Wasserstoffproduktion.

3.2 Partielle Oxidation

Die partielle Oxidation ist eine Reaktion, bei der zu einem Kohlenwasserstoff Sauerstoff hinzugegeben wird. Dieser Reaktionsprozess besteht aus zwei Phasen. Die erste Phase lässt einen beliebigen Kohlenwasserstoff mit der Zugabe von Sauerstoff zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid reagieren (2CH4+O2->2CO+4H2, HR,0=-71kj/mol). Diese Anfangsreaktion sorgt dafür, dass die benötigte Energie für die nachfolgenden Reaktionen freigesetzt wird. Die Reaktion von Sauerstoff und Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonoxid findet genauso wie die Reaktion von Kohlenstoff und Wasser zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff statt. Diese Art der Herstellung von Wasserstoff findet bei der Kohlevergasung in China statt. Durch diese Form der Wasserstoffgewinnung wird sehr viel toxisches Kohlenstoffmonoxid freigesetzt.

3.3 Grüne Wasserstoffherstellung

Die Dampfreformierung und die partielle Oxidation setzten in ihrer Art der Wasserstoffherstellung jeweils eine große Menge an Treibhausgasen frei. Eine mögliche Lösung diese sehr effizienten, aber für die Umwelt schlechten Verfahren zu nutzen, ist der Einsatz von Biomasse. Die Biomasse setzt bei ihrer Zersetzung den Kohlenwasserstoff Methan frei. Dieser kann in beiden Verfahren zur Erzeugung des Wasserstoffs dienen. Es treten die gleichen schädlichen Gase wie bei den normalen Verfahren auf. Dennoch ist dieser Vorgang der Wasserstoffherstellung CO2 neutral, da die Treibhausgase auch beim normalen Verrotten in der Natur freigesetzt werden würden. Somit entsteht keine zusätzliche Belastung für die Natur und in das geschossene System des Kohlenstoffkreislaufs wird nicht eingegriffen6.

3.4 Wasserelektrolyse

Die Wasserelektrolyse ist ein Vorgang, bei dem Wasser durch elektrischen Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Hierbei wird das Verfahren der Elektrolyse angewandt. Zunächst wird bei der Elektrolyse das Wasser etwas leitfähiger gemacht. Also wird zum Wasser etwas Schwefelsäure hinzugefügt. Die saure Lösung enthält Oxonium-Ionen (H3O+). Diese werden nun von einer der beiden in der Lösung vorhandenen Elektroden angezogen. Die positiv geladenen Oxonium-Ionen gehen zur negativ geladenen Elektrode der Kathode. An der Kathode nehmen diese Oxonium-Ionen unter Abspaltung von Wasserstoff ein Elektron auf und werden zu Wasser (2H3O++2e -> H2+2H2O). An der positiv geladen Elektrode der Anode reagiert Wasser unter Abgabe von Elektronen zu Oxonium-Ionen und Sauerstoff (6H2O->O2+4H3O++4e-)7. Die dort entstanden Oxonium-Ionen werden von der Kathode angezogen und reagieren dort wieder zu Wasserstoff und Wasser. Somit kann man als gesamte Reaktionsgleichung der Wasserelektrolyse sagen, dass aus Wasser Sauerstoff und Wasserstoff entstehen (2H2O->2H2+O2, HR,0=484kj/mol)8. Die Reaktionsenthalpie in Höhe von 484 kj/mol ist sehr hoch, weshalb die Elektrolyse von Wasser sehr viel elektrische Energie zur Herstellung von Wasserstoff benötigt.

3.5 Fazit Wasserstoff

Die Dampfreformierung von Wasserstoff ist eine Reaktionsform, die Kohlenwasserstoffe unter der Zugabe von Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid reagieren lässt. Das dabei verwendete Methan kann in Biogasanlagen produziert werden. Somit wäre die Rohstoffversorgung Nachhaltig und unbegrenzt verfügbar. Des Weiteren kann das von Rindern ausgestoßene Methan eingefangen und für die Dampfreformierung genutzt werden. Dies hätte den Vorteil, dass eine große Menge des gefährlichen Treibhausgases Methan nicht in unsere Atmosphäre gelangen kann. Dadurch, dass das ausgestoßene Kohlenstoffdioxid dem auch im Normalfall in der Natur ausgestoßenen CO2 entspricht, ist dieser Vorgang Nachhaltig. Die Wasserstoffgewinnung durch die partielle Oxidation ist durch den hohen Ausstoß an Kohlenstoffmonoxid nicht wirklich nachhaltig. Das in diesem Fall der Wasserstoffgewinnung jeder beliebige Kohlenwasserstoff verwendet werden kann führt dazu, dass die Nachhaltigkeit nicht gegeben ist, da fossile Kohlenwasserstoffe günstiger als Nachhaltige sind und somit wahrscheinlich öfters verwendet werden. Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser in seine Elemente gespalten. Dabei entsteht Sauerstoff und Wasserstoff. Der Vorgang der Elektrolyse findet ohne jeglichen Ausstoß von Treibhausgasen statt. Somit ist der Vorgang Klimaneutral und verbessert insgesamt unsere Klimabilanz. Die Tatsache, dass die Elektrolyse lediglich Wasser und elektrische Energie verwendet, macht die Wasserstoffproduktion Orts- und so gut wie Rohstoffunabhängig. Die Wasserelektrolyse benötigt sehr viel Energie. Diese Energie sollte natürlich auch Klimaneutral hergestellt werden, da sonst der produzierte Wasserstoff nicht Klimaneutral hergestellt wird. Diese Möglichkeit bieten die erneuerbaren Energien.

4 Mobile Anwendung

Die mobile Anwendung einer Brennstoffzelle in Kraftfahrzeugen dient der Gewinnung von elektrischer Energie, mit welcher ein Elektromotor angetrieben wird. Damit die Zukunft der Automobilindustrie durch die Brennstoffzellentechnologie beeinflusst werden kann, müssen einige Faktoren erfüllt sein. Unter Anderem muss der neue Kraftstoff den Sicherheitsvorstellungen der Bevölkerung entsprechen. Des Weiteren müssen Kraftstoff spezifische Probleme und Eigenschaften, wie die Speicherung des Wasserstoffs oder die Kaltstartfähigkeit, gelöst bzw. beachtet werden.

4.1 Wasserstofftank

Die Speicherung von Wasserstoff birgt viele Probleme. Die in der Fahrzeugindustrie bewährteste Speichermethode ist die Speicherung unter hohem Druck. Wasserstoff hat einen Idealendruck zwischen 350-700 Bar9. Dieser Druck ist das beste Verhältnis zwischen Druck und Dichte. Der Idealdruck von Erdgas liegt zwischen 250-300 Bar. Der hohe Druck bei der Speicherung von Wasserstoff stellt den Tank vor große Herausforderungen. Der Tank muss einen Druck von bis zu 700 Bar aushalten. Des Weiteren sollte er möglichst leicht sein um das Fahrzeuggewicht und somit den Kraftstoffverbrauch zu verringern. In der Fahrzeugindustrie gibt es vier verschiedene Typen von Tanks zur Speicherung von Stoffen unter hohem Druck. Typ I ist ein metallischer Behälter10, welcher für Drücke bis maximal 200 Bar ausgelegt ist. Dieser Typ I Behälter ist durch die nicht ausreichende Druckbelastung nicht für die Speicherung von Wasserstoff geeignet. Der Behältertyp II ist wie ein Behälter von Typ I ein metallischer Behälter. Dieser metallische Körper ist im Mittelteil durch Fasern verstärkt. Durch die Verstärkung des Behälters durch Faserbewicklung im Mittelteil ist dieser bis zu einem Maximaldruck von ca. 350 Bar ausgelegt. Somit ist auch dieser Typ nicht für die Speicherung von Wasserstoff geeignet. Der dritte Typ besteht auch aus einem metallischen Behälter, welcher im Gegensatz zu Typ II komplett mit Faser umwickelt ist. Somit ist dieser Behältertyp für eine Speicherung von Drücken bis zu ca. 700 Bar ausgelegt. Dieser Typ ist für die Speicherung von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen geeignet. Typ IV besteht aus einem Kunststoffbehälter, welcher mit Kohlefaser umwickelt ist. Dieser Behältertyp hält einen Druck von über 700 Bar aus. Auch Typ IV ist somit für die Speicherung von Wasserstoff geeignet. Die Beschaffenheit von Behälter IV hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber Typ III. Da Behälter IV aus einem Kunststoff mit Kohlefasern verstärkten Behälter besteht, ist sein Gewicht geringer als das des metallischen mit Fasern verstärkten Behälters. Somit werden die Masse des Fahrzeugs und der Kraftstoffverbrauch möglichst gering gehalten. Insgesamt liegt die Verlustrate bei Druckwasserstofftanks bei 0,004% pro Tag11 und somit im Vergleich zu anderen Energiespeichern sehr gering. Wohin gegen die Speicherung von Flüssigwasserstoff eine tägliche Verlustrate von 1,5% hat und somit sehr ineffizient ist.

4.2 Sicherheit

Die Sicherheit spielt im Straßenverkehr und in der Gesellschaft eine wichtige Rolle. Wenn Wasserstoff nun den Platz der fossilen Energieträger im Straßenverkehr einnehmen soll, muss eine ähnliche Sicherheit gegeben sein. Natürlich ist Wasserstoff ein Energieträger und birgt somit auch immer das Risiko einer Gefahr. Ein gewisses Risiko besteht bei allen Energieträgern. Hier wird lediglich überprüft, ob das durch Wasserstoff auftretende Risiko mit unseren Sicherheitsvorstellungen übereinstimmt und wie es im Verhältnis zu der Gefahr durch Benzin und Dieselkraftstoffen steht. Wenn man nun die Eigenschaften von Wasserstoff und Propan vergleicht, erhält man einen groben Überblick über die Sicherheit von Wasserstoff. Die obere Explosionsgrenze liegt bei Wasserstoff bei einem Wasserstoffanteil von 77%, bei Propan dagegen nur bei ca. 11%. Dieser Wert hat zur Folge, dass eine Wasserstoffexplosion ein wesentlich größeres Gebiet betreffen würde, da Wasserstoff durch die höhere obere Explosionsgrenze sich bis es zu einer Explosion kommt mehr ausbreiten kann. Die benötigte Energie zur Entzündung eines Wasserstoff-Luftgemisches liegt bei 0,017mJ und die eines Propan-Luftgemisches bei 0,24mJ. Somit ist das Wasserstoff-Luftgemisch leichter entzündlich. Da beide Werte aber sehr gering sind und schon eine elektrostatische Aufladung des Körpers 10mJ verursacht, ist dieser Unterschied zu vernachlässigen. Da sich das Wasserstoff-Luftgemisch erst bei einer Konzentration von ca. 23% entzünden lässt und dieser Wert über dem von Propan liegt, ist ein Risiko für eine Entzündung bei marginal austretenden Mengen Wasserstoff sehr gering. Die meisten Menschen denken, dass austretender Wasserstoff sofort zu einem explosiven Gemisch wird. Diese Annahme basiert auf der Knallgasprobe im Chemieunterricht. Da dort ein Wasserstoff-Sauerstoffgemisch entzündet wird und eine Explosion verursacht. Da diese Reaktion mit reinem Sauerstoff stattfindet, welcher in unserer Luft nicht rein ist, wird es bei einer Reaktion mit Luft nicht zwangsläufig zu einer Explosion kommen. Der Anteil von Sauerstoff in unserer Luft liegt bei ca. 21%12.

[...]


1 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/12131/umfrage/pkw-bestand-in-deutschland/

2 https://www.co2online.de/modernisieren-und-bauen/brennstoffzellen-heizung/was-sind-brennstoffzellen/

3 http://www.innovations-report.de/html/berichte/cebit-2004/bericht-24823.html

4 http://www.handelsblatt.com/technik/projekt-zukunft/mobilitaet-der-zukunft-wasserstoff-ist-auch-keine-loesung/11232290-4.html

5 1 S.193 f.

6 http://www.chemie.de/news/163774/co2-neutraler-wasserstoff-aus-biomasse.html

7 http://www.chemie.de/lexikon/Elektrolyse.html

8 1 S.195

9 1 S.88

10 1 S.89

11 1 S.92

12 https://chemiezauber.de/inhalt/basic-1/am-anfang-war-das-feuer/sauerstoff/354-wie-gross-ist-der-sauerstoffgehalt-der-luft

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Details

Titel
Brennstoffzellentechnologie. Wasserstoff, mobile Anwendung, Analyse und Einschätzung
Note
2
Jahr
2017
Seiten
16
Katalognummer
V958317
ISBN (eBook)
9783346302243
Sprache
Deutsch
Schlagworte
brennstoffzellentechnologie, wasserstoff, anwendung, analyse, einschätzung
Arbeit zitieren
Anonym, 2017, Brennstoffzellentechnologie. Wasserstoff, mobile Anwendung, Analyse und Einschätzung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/958317

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