MOBILITÄT
Wasserstoff-Brennstoffzelle
IST DAS WASSERSTOFFAUTO EINE REALISTISCHE OPTION? Der Verbrennungsmotor hat durch die Umweltkrise an Glanz verloren. Aber sind Elektrofahrzeuge – mit ihren großen, schweren Batterien – zwangsläufig die Zukunft? Ist eine andere Lösung, etwa das Wasserstoffauto, eine Alternative?
Es ist wenig von Wasserstoff- oder Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEVs) die Rede, obwohl diese Technologie, die derzeit noch weniger ausgereift ist als Elektrofahrzeuge mit Batterie (BEVs), Antwort auf einige der Nachteile von BEVs bietet: • begrenzte und je nach Witterung schwankende Autonomie • lange Ladezeiten
WOZU? Im Gegensatz zu den Materialien, aus denen Batterien hergestellt werden, ist Wasserstoff überall auf der Erde verfügbar und „unerschöpflich“. Die ergiebigste Quelle? Wasser natürlich, denn es bedeckt 70 % unseres Planeten! Ein Wassermolekül (H2O) besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Um Wasserstoff zu gewinnen, werden diese Atome einfach durch elektrischen Strom getrennt: das Verfahren der Elektrolyse.
• problematische Beschaffung der Rohstoffe • Gewicht und Größe der Batterien Frankreich stellt sein Interesse an Wasserstoff unter Beweis und plant, 7 Mrd. € in diesen Sektor zu investieren, während Deutschland Investitionen von 9 Mrd. € in diese Technologie angekündigt hat.
2H2O —› 2H2 + O2 Wenn der für diesen Schritt genutzte Strom zudem aus erneuerbaren Energiequellen stammt, kann Wasserstoff umweltfreundlich und ohne CO2-Emissionen erzeugt werden. Man spricht dann von „grünem“ Wasserstoff.
Obwohl Wasserstoff eine sehr hohe massebezogene Energiedichte von 120 MJ/kg aufweist, ist seine auf das Volumen bezogene Dichte mit nur 0,08 kg/m3 äußerst gering. Bei Umgebungsdruck hat Wasserstoff eine Energiedichte von 0,0096 MJ/dm3 – im Vergleich zu 34 MJ/ dm3 bei Benzin oder 2,2 MJ/dm3 bei Lithiumbatterien. Daher muss Wasserstoff komprimiert werden (auf 350 oder 700 bar), damit dem Fahrzeug je nach verfügbarem Platz und erwarteter Reichweite genügend Energie zur Verfügung steht. Bei einem Druck von 700 bar erreicht die volumenbezogene Energiedichte 6,72 MJ/dm3. Das ist dreimal mehr Energie pro dm3 als bei einer Lithiumbatterie. Und da Wasserstoff fast nichts wiegt, ist das wirklich interessant! Komprimiert auf 700 bar verfügt Wa sse rstoff übe r 6,72 MJ/dm 3 , d.h. eine Energie von 120 MJ in einem 18-Liter-Tank.
Eine Lithiumbatterie bietet bei gleichem Volumen und einem viel höheren Gewicht gerade einmal 40 MJ. WIE FUNKTIONIERT'S? Durch Oxidation und Reduktion an ihren Elektroden erzeugt die Brennstoffzelle (BZ) Strom. Für eine Redoxreaktion benötigt die Brennstoffzelle einen Brennstoff als Reduktionsmittel und Sauerstoff als Oxidationsmittel. In unserem Fall handelt es sich um das Paar Wasserstoff H2/ Sauerstoff O2.
Dossier
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