{"id":4158,"date":"2019-10-04T17:40:26","date_gmt":"2019-10-04T15:40:26","guid":{"rendered":"http:\/\/stockm.vs120047.hl-users.com\/blog\/?p=4158"},"modified":"2019-10-04T17:40:26","modified_gmt":"2019-10-04T15:40:26","slug":"technologie-der-zukunft-wieso-nicht-schon-heute-damit-beginnen","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.stock-macht-den-blog.de\/blog\/index.php\/2019\/10\/04\/technologie-der-zukunft-wieso-nicht-schon-heute-damit-beginnen\/","title":{"rendered":"Technologie der Zukunft – Wieso nicht schon heute damit beginnen?"},"content":{"rendered":"

„Das ist Unsinn!\u201c<\/em>
\n(Herbert Diess, VW-Vorstandschef)<\/p>\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 das vor mir 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\u00f6glichkeit einer Brennstoffzelle von vornherein ausgeschlossen wird.
\nWas 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 kontrolliert \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 Temperatur von bis zu 3.000 Grad Celsius eignet sich diese Flamme f\u00fcr Schweiss- oder Schneidarbeiten bzw. findet Anwendung in einer Goldschmiede oder bei der Herstellung oder der Schmelze von Glas.
\nDer deutsche Chemiker Christian Friedrich Sch\u00f6nbein f\u00fchrte 1838 erstmals in Basel einen Versuch mit zwei in Salzs\u00e4ure eingelegten Platindr\u00e4hten durch, die er mit Wasser- und Sauerstoff umsp\u00fclte. Dabei entstand 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.
\nDerzeit 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 korrosionsbest\u00e4ndiger ist.
\nDer grosse Vorteil dieser Brennstoffzellen liegt im Wirkungsgrad: Er bewegt sich um die 60 %! Soll heissen, dass 60 % der verwendeten Energie in Strom umgewandelt werden kann. Bei einer Gasturbine etwa liegt dieser nur 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.
\nBleibt 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.
\nEs 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. Dennoch finden sich mehr Erdgas-Zapfanlagen als Wasserstofftankstellen (in Deutschland 75\/in \u00d6sterreich 5). Auf 100 km wird rund 1 kg H2 ben\u00f6tigt.
\nDie Vorteile der Brennstoffzellen liegen also ganz klar auf der Hand:
\n– hoher Wirkungsgrad
\n– praktisch schadstofffrei
\n– wartungsarm
\nAllerdings gibt es auch Nachteile:
\n– hohe Kosten
\n– hohe technische Anforderungen
\n– begrenzte Brennstoffzellen-Lebensdauer
\nDie Lebensdauer einer Brennstoffzelle 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. In Deutschland wird die Brennstoffzellenheizung mit bis zu 16.500,- \u20ac gef\u00f6rdert.
\nFolgende Autohersteller haben das Brennstoffzellen-Auto bereits zur Serienreife gebracht:
\n– Honda (Clarity Fuel Cell ca. 57.000 US-Dollar)
\n– Hyundai (Nexo ca. \u20ac 78.000)
\n– Toyota (Mirai ca. \u20ac 78.000)
\n– Renault (Fever – kein Preis entdeckt)
\n– Mercedes-Benz (GLC Fuel Cell nur zur Miete ab 799 \u20ac im Monat)
\nBMW f\u00fchrte als erster eine Weltumrundung mit einem solchen Prototypen (BMW i Hydrogen Next) durch – das Modell soll 2022 auf den Markt kommen..
\nBrennstoffzellenautos werden in \u00d6sterreich mit 1.500,- \u20ac vom Staat gef\u00f6rdert (Bundesl\u00e4nderf\u00f6rderungen sind unterschiedlich – in Ober\u00f6ster-reich beispielsweise 3.500,- \u20ac)) sowie mit einem E-Mobilit\u00e4tsbonusanteil des Fahrzeugh\u00e4ndlers in der H\u00f6he von 1.500,- \u20ac.
\nIm Vergleich zu Elektrofahrzeugen entstehen alsdann bei der Produktion weniger umweltsch\u00e4dliche Abfallstoffe, da der Strom f\u00fcr den Elektro-motor nicht aus Batterien stammt, sondern direkt erzeugt wird. Zudem kann durch das Abfallprodukt Wasser auch der Boden gek\u00fchlt und das Klima verbessert werden – es wird zu mehr Regenf\u00e4llen kommen.
\nBrennstoffzellen-Fahrzeuge werden k\u00fcnftig vor allem im Personen- und G\u00fctertransport eine gewichtige Rolle spielen. Auch sind bei der Deutschen Bahn (seit 2016 zwischen Cuxhaven, Bremerhaven, Bremerv\u00f6rde und Buxtehude) und der \u00d6BB bereits Z\u00fcge im Testeinsatz – sehr zufriedenstellend \u00fcbrigens. Das Deutsche Zentrum f\u00fcr Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte im Jahre 2016 einen Flugzeugprototyp mit PEMFC-Brennstoffzellen (\u201eHY 4\u201c) – derzeit wird an einer Passagier-maschine f\u00fcr bis zu 20 Flugg\u00e4sten gearbeitet.
\nW\u00e4hrend die Heizung mit Brennstoffzellen immer interessanter wird, besteht nach Brennstoffzellenautos kaum Nachfrage – wie auch auf der IAA 2019 in Frankfurt zu sehen. Der Hauptgrund hierf\u00fcr sind vornehmlich die hohen Anschaffungs- und Betriebsmittelkosten.<\/p>\n

Lesetipps:<\/strong><\/p>\n

.) Wasserstoff & Brennstoffzellen \u2013 Die Technik von morgen; Sven Geitmann; Hydrogeit Verlag 2004
\n.) Brennstoffzellentechnik; Peter Kurzweil; Vieweg 2003
\n.) Brennstoffzellen in der Kraft-W\u00e4rme-Kopplung \u2013 \u00d6kobilanzen, Szenarien, Marktpotenziale; Krewitt, Pehnt, Fischedick, Temming; Erich Schmidt Verlag 2004
\n.) Fuel Cells; Noriko Hikosaka Behling; Elsevier B. V. 2013<\/p>\n

Links:<\/strong><\/p>\n

– diebrennstoffzelle.de
\n– www.energieagentur.nrw
\n– www.energiesparverband.at
\n– www.hydrogeit.de
\n– h2.live
\n– www.mobilitaet-von-morgen.de
\n– www.co2online.de
\n– www.fz-juelich.de
\n– www.wbzu.de
\n– tugraz.at
\n– www.viessmann.de\/de\/architekten\/projekte\/langweid-village.html
\n– www.new-energy-power.de
\n– www.calepa.ca.gov<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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