{"id":11020,"date":"2024-09-28T09:28:31","date_gmt":"2024-09-28T07:28:31","guid":{"rendered":"http:\/\/www.stock-macht-den-blog.de\/blog\/?p=11020"},"modified":"2024-09-28T09:28:31","modified_gmt":"2024-09-28T07:28:31","slug":"technologie-der-zukunft-wieso-nicht-schon-heute-damit-beginnen-2","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.stock-macht-den-blog.de\/blog\/index.php\/2024\/09\/28\/technologie-der-zukunft-wieso-nicht-schon-heute-damit-beginnen-2\/","title":{"rendered":"Technologie der Zukunft – Wieso nicht schon heute damit beginnen?<\/strong>"},"content":{"rendered":"\n

„Das ist einfach Unsinn!\u201c<\/em><\/p>\n\n\n\n

(Herbert Diess, VW-Vorstandschef 2019)<\/p>\n\n\n\n

Als ich dieser Tage hinter dem Tankzug eines grossen Gase-Produzenten herfuhr, dachte ich mir so nebenbei: \u201eWas w\u00e4re wohl, h\u00e4tte ich zuhause und im Auto jeweils eine Brennstoffzelle? W\u00e4re der vor mir fahrende LKW mein Jahresbedarf?\u201c Dann kehrte ich jedoch zu meiner fr\u00fcheren Ansicht zur\u00fcck und verwarf den Gedanken sofort wieder. Im Chemie-Unterricht der Oberstufe demonstrierte der Lehrer damals die Gefahr von Knallgas (Oxyhydrogen). Dieses hochexplosive Gas entsteht, sobald sich Wasser-stoff (H2) und Sauerstoff (O2) vermischen. Es reicht nun bereits ein kleiner Funken, um das Ganze mit einem lauten Knall detonieren zu lassen! Somit w\u00e4re mir dieser Energielieferant also auf jeden Fall zu gef\u00e4hrlich, da jede Autofahrt einem Ritt auf einem Fass Dynamit gleich k\u00e4me. Das ist wohl auch die Meinung vieler Anderer, weshalb die M\u00f6g-lichkeit einer Brennstoffzelle von vornherein ausgeschlossen wird.<\/p>\n\n\n\n

Was aber viele nicht wissen: Liegen die Volumensanteile des Wasserstoffs in der Luft bei unter 18 oder \u00fcber 76 % (bei atmosph\u00e4rischem Druck), so ist diese Verbindung nicht mehr explosiv! Da jedoch der obere Grenzwert rasch sinken kann, w\u00e4re dies wohl erneut ein zu grosses Risiko! Also kommt f\u00fcr die Nutzung von Wasserstoff nur die erste Variante in Frage. Luft-Wasserstoffgemische mit einem Wasserstoffanteil von 4-18 % sind brennbar, aber nicht detonationsf\u00e4hig! Erfolgt die Verbrennung kon-trolliert \u00fcber eine Mischd\u00fcse, so kann eine dauerhafte Knallgas-Flamme (keine Explosion) entstehen. W\u00e4hrend das Knallgas bereits im Jahr 1620 durch Th\u00e9odore Turquet de Mayerne entdeckt wurde, ist die Entdeckung der Knallgasflamme etwas j\u00fcngeren Datums. Aufgrund der hohen Tem-peratur von bis zu 3.000 Grad Celsius eignet sich diese Flamme f\u00fcr Schweiss- oder Schneidarbeiten bzw. findet Anwendung in einer Gold-schmiede oder bei der Herstellung oder der Schmelze von Glas.<\/p>\n\n\n\n

Der deutsche Chemiker Christian Friedrich Sch\u00f6nbein f\u00fchrte 1838 erst-mals in Basel einen Versuch mit zwei in Salzs\u00e4ure eingelegten Platin-dr\u00e4hten durch, die er mit Wasser- und Sauerstoff umsp\u00fclte. Dabei ent-stand elektrische Energie und W\u00e4rme. Sir William Grove pr\u00e4sentierte 1839 die sog. \u201eGalvanische Gasbatterie\u201c und damit den Vorg\u00e4nger der Brennstoffzelle. In dieser galvanischen Zelle erfolgt die sog. \u201eKalte Verbrennung\u201c. Dabei werden Wasser- und Sauerstoff zusammengef\u00fcgt – es entsteht elektrische Energie und W\u00e4rme, die auf unterschiedlichste Weise genutzt werden k\u00f6nnen. Das Abfallprodukt ist Wasserdampf. Eine solche Brennstoffzelle besteht aus zwei Teilen, die durch einen Elektrolyt voneinander getrennt sind, der Ionen-durchl\u00e4ssig und somit f\u00fcr den Ionen-Transport zust\u00e4ndig ist. In Teil 1 wird \u00fcber die Kathode Sauerstoff eingeleitet, in Teil 2 umstr\u00f6mt Wasserstoff die Anode. Zwischen Kathode (Minuspol) und Anode (Pluspol) baut sich aufgrund der ablaufenden chemischen Prozesse (auf die ich im Detail nicht eingehen m\u00f6chte) eine geringe elektrische Spannung auf. Werden nun mehrere solcher Brenn-stoffzellen in Serie aneinandergebaut, so erh\u00f6ht sich dadurch die Spannung.<\/p>\n\n\n\n

Derzeit sind vor allem zwei Brennstoffzellen im Einsatz, die sich einzig durch den Elektrolyten unterscheiden: In der Polymerelektrolyt-Brenn-stoffzelle (PEMFC), besteht dieser Elektrolyt aus der Polymer-Membran, einer d\u00fcnnen, aber festen Kunststoffhaut. In der Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) aus der Hightech-Keramik Zirkondioxid, die hitze- und korro-sionsbest\u00e4ndiger ist.<\/p>\n\n\n\n

Der grosse Vorteil dieser Brennstoffzellen liegt im Wirkungsgrad: Er bewegt sich zwischen 70-80 %! Soll heissen, dass 60-70 % der verwendeten Energie in Strom umgewandelt werden kann. Bei einer Gasturbine etwa liegt dieser nur bei rund 40 %<\/p>\n\n\n\n

bei einem Benziner bei rund 24 und einem Diesel bei rund 40%. Wird nun der Wasserstoff mit Hilfe von Photovoltaik-Strom produziert, so ist die Brennstoffzelle die umweltfreundlichste Art, Energie zu produzieren. In der Raumfahrt kam die Brennstoffzelle bereits in den 1960er-Jahren zum Einsatz.<\/p>\n\n\n\n

Bleibt das Problem, wie ich den Wasserstoff in den Tank bekomme, da es eines unheimlichen Mehraufwandes bedarf, den Wasserstoff pur zu tanken. In gasf\u00f6rmiger Form wird ein Druckbeh\u00e4lter von 700 bar ben\u00f6tigt – hier bleibt das Problem mit der geringen Reichweite. M\u00f6glich ist also nur das Tanken von fl\u00fcssigem Wasserstoff. Dieser aber muss in einem Tiefsttemperaturtank auf -253 Grad Celsius gek\u00fchlt werden. So wiegt ein Liter Wasserstoff gerade mal 70 Gramm. Beides nicht wirklich wirt-schaftliche L\u00f6sungen.<\/p>\n\n\n\n

Es muss also eine Verbindung gefunden werden, die sich rasch und leicht tanken l\u00e4sst, die nicht explosiv oder brennbar ist und die sich rasch wieder trennen l\u00e4sst. Dibenzyltoluol lautet eine m\u00f6gliche L\u00f6sung: Eine substituierte, aromatische Kohlenwasserstoffverbindung. Diese Fl\u00fcssig-keit l\u00e4sst sich mit Wasserstoff \u201eaufladen\u201c (LOHC). An der Tankstelle l\u00e4sst es sich wie Benzin oder Diesel tanken. Im Auto wird der Wasserstoff von seinem Tr\u00e4germedium abgespaltet (endotherme Dehydrierungsreaktion), das beim Tankvorgang abgepumpt und beispielsweise in sonnigen Gebieten mit Photovoltaiktechnologie durch eine exotherme Hydrierungsreaktion wieder \u201eaufgeladen\u201c wird. Da Dibenzyltoluol jedoch wasser- und gesundheitsgef\u00e4hrdend ist (Wassergef\u00e4hrdungsklasse 2), wird derzeit vornehmlich auf eine andere Art der Wasserstoffgewinnung zur\u00fcckgegriffen: Aus Erdgas durch einen sog. \u201eReformer\u201c. Damit sind wir aber erneut bei den fossilen Brennstoffen angelangt, da der Reformer mit Erdgas beheizt werden muss. Allerdings kann hierf\u00fcr auch CO2-neutrales Bio-Erdgas verwendet werden. Weitere Tr\u00e4germedien w\u00e4ren: Toluol\/Methylcyclohexan, N<\/em>-Ethylcarbazol, Benzyltoluol, Naphthalin und Azaborine \u2013 die beiden Letzteren scheinen allerdings nicht wirklich ausgereift zu sein!<\/p>\n\n\n\n

Dennoch finden sich mehr Erdgas-Zapfanlagen als Wasserstofftankstellen (in Deutschland 82 \u2013 in Planung weitere 11\/in \u00d6sterreich 5\/in der Schweiz 17). Auf 100 km wird rund 1 kg H2 ben\u00f6tigt, der Tank eines PKW fasst derzeit rund 5 kg Wasserstoff. Der Preis etwa in \u00d6sterreich liegt bei rund 9,- Euro\/kg.<\/p>\n\n\n\n

Die Vorteile der Brennstoffzellen liegen also ganz klar auf der Hand:<\/p>\n\n\n\n

– hoher Wirkungsgrad<\/p>\n\n\n\n

– praktisch schadstofffrei<\/p>\n\n\n\n

– wartungsarm<\/p>\n\n\n\n

Allerdings gibt es auch Nachteile:<\/p>\n\n\n\n

– hohe Kosten<\/p>\n\n\n\n

– hohe technische Anforderungen<\/p>\n\n\n\n

– begrenzte Brennstoffzellen-Lebensdauer<\/p>\n\n\n\n

Die Lebensdauer der Brennstoffzelle h\u00e4ngt von der Haltbarkeit der Polyelektrolytmembranen (PEM) ab \u2013 das Fraunhofer-Institut arbeitet mit Hochdruck neben anderenen auch an einer Optimierung. Sie liegt bei knapp \u00fcber 10.000 Stunden – das kommt einer Reichweite von 400-450.000 Kilometern gleich. Als Heizung im Haus kann eine Brennstoffzelle f\u00fcr rund zehn Jahre verwendet werden – sie wird zumeist mit einer Gasheizung kombiniert. In Japan finden solche Heizsysteme aufgrund einer hohen staatlichen Subventionierung reissenden Absatz – seit 2010 ist das System auch f\u00fcr Einfamilienh\u00e4user erh\u00e4ltlich. Hierzulande gilt das \u201eLangweid-Village\u201c als federf\u00fchrend. In Langweid bei Augsburg werden 62 Wohneinheiten in 30 Doppel- und Reihenh\u00e4user durch Brennstoffzellen beheizt und mit Strom ausgestattet. Die staatliche F\u00f6rderung in Deutschland wurde gestrichen, die Kreditanstalt f\u00fcr Wiederaufbau (KfW) gew\u00e4hrt unter gewissen Voraussetzungen einen Zuschuss von bis zu 40 % f\u00fcr \u201eEnergieeffizient Bauen und Sanieren \u2013 Zuschuss Brennstoffzelle\u201c! In Deutschland wird die Brennstoff-zellenheizung inklusive Montage f\u00fcr 30-35.000 Euro angeboten<\/p>\n\n\n\n

Folgende Autohersteller haben das Brennstoffzellen-Auto bereits zur Serienreife gebracht:<\/p>\n\n\n\n