Brennstoffzelle

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Elt-Onkel
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Brennstoffzelle

Beitrag von Elt-Onkel » Dienstag 26. Dezember 2017, 00:19

Hallo,

also ich wäre für E-Autos, die ihren Strom aus Brennstoffzellen beziehen.

Die Ölscheichs haben zwar einen enormen Zuwachs von Verbrennungsmotor getriebenen Fahrzeugen prognostiziert,
aber das wird sich in Mitteleuropa wohl nicht umsetzen lassen.

Die Ölmultis haben den Markt für Wasserstoff schon im Auge, und wollen aus Erdöl Wasserstoff extrahieren.
Das empfinde ich als einen Akt 'Perlen vor Säue'.
Aus Rohöl kann man bessere Sachen machen.

Vielleicht erkennen die Griechen ihre Chance, stellen auf Kreta PV-Anlagen auf, und Zerlegen das Wasser vom Mittelmeer.
Dann per Tankschiff nach Bremen, und alle sind glücklich.

...

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Elt-Onkel
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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von Elt-Onkel » Mittwoch 27. Dezember 2017, 05:07

Hallo,

die Deutsche Marine war so freundlich, ein paar Grundlagen zu veröffentlichen.

O.K. auf dem Land braucht man keine U-Boote, aber die Technik ist die gleiche.

Ich habe das Zitat hier eingefügt.

"Revolutionäre Technik der Uboot-Klasse 212 A:
Mit der Indienststellung der Uboote beginnt ein neuer Abschnitt in der Uboottechnologie. Die neuen Uboote der Klasse 212 A setzen auf den Hybridantrieb mit der Brennstoffzelle, was eine Premiere in der Antriebsart von Ubooten ist.
Während bisher Atom- und Dieselantrieb für die Fortbewegung auf und in den Weltmeeren sorgten, wird mit dem Betrieb über die Brennstoffzelle eine neue Ära eingeläutet. Aufgrund dieser Neuheit stehen die neuen Uboote weltweit besonders im öffentlichen Interesse. Doch was genau bedeutet eigentlich „Hybridantrieb“ und wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Was bedeutet „Hybridantrieb“?

Zunächst muss man sagen, dass die neuen Uboote der Klasse 212 A genau wie alle anderen Uboote durch einen Elektromotor angetrieben werden. Der nötige elektrische Strom dazu wird bei herkömmlichen Ubooten durch Dieselgeneratoren oder beim Atomantrieb durch Kernspaltung zur Dampferzeugung für eine Turbine gewonnen.
Bei der neuen Klasse 212 A geschieht dies mit Hilfe des Hybridantriebs. „Hybridantrieb“ bedeutet, dass man auf zwei verschiedene Antriebsarten setzt. In den neuen Ubooten kommt neben dem herkömmlichen Dieselgenerator die Brennstoffzelle zum Einsatz.

Umkehrung der Elektrolyse liefert Strom

In der Brennstoffzelle läuft der umgekehrte Prozess wie bei der Elektrolyse ab. Bei der Elektrolyse werden zwei Elektroden (Kathode und Anode) in Wasser getaucht und eine Spannung angelegt. Dabei entsteht mit Hilfe der elektrischen Energie aus Wasser (H2O) an der einen Elektrode Wasserstoffgas (H 2) und an der anderen Sauerstoffgas (O2).
Die Brennstoffzelle kehrt diesen Prozess um und gewinnt aus der Reaktion von Sauer- und Wasserstoff zu Wasser elektrische Energie.

Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

Brennstoffzellen sind sehr einfach aufgebaut. Die eigentliche Zelle besteht aus drei aufeinander liegenden Schichten. Die beiden äußeren (Anode und Kathode) sind die gasführenden Schichten, in denen sich der Wasserstoff bzw. der Sauerstoff befinden. Sie bestehen aus einem Stoff mit Katalysator-Eigenschaften, z.B. Platin. Das bedeutet, dass dieser Stoff die abzulaufenden Reaktionen begünstigt. Die mittlere Schicht besteht aus einem geeigneten Elektrolyten. Dieser hat die Eigenschaft nur Protonen (H+-Ionen), nicht aber Elektronen oder die H2- und O2-Moleküle durchzulassen.

So arbeitet die Brennstoffzelle

An der Anodenseite befindet sich das Wasserstoffgas. Mit Hilfe des Katalysators werden die H2-Moleküle dort in H+-Ionen aufgespalten. Diese positiv geladenen Teilchen wandern durch den Elektrolyten auf die Kathodenseite. Die bei diesem Prozess frei werdenden negativ geladenen Elektronen wandern in die Anode.
So entsteht zwischen der Anoden- und Kathodenseite eine elektrische Spannung. Die Elektronen fließen, wenn ein Stromkreis zwischen Kathoden- und Anodenseite geschlossen wird, aufgrund der entstandenen Spannung, ebenfalls auf die Kathodenseite. Dies ist der nutzbare elektrische Stromfluss.
Dort treten die negativ geladenen Elektronen mit den O2-Molekülen in Verbindung, die sich hier befinden.
Da diese so auch negativ geladen werden, ermöglicht dies nun eine Wechselwirkung mit den positiven H+-Ionen und eine Verbindung zu reinem Wasser (H2O).
Diese Reaktionen laufen so ab, weil es sich hierbei um ein physikalisch-chemisches System handelt, welches bestrebt ist, den Gleichgewichtszustand zu erreichen.

Die „Kalte Verbrennung“

Man spricht bei diesem Prozess auch von einer „Kalten Verbrennung“. Wasserstoff wird durch Sauerstoff zu Wasser oxidiert. Dabei wird die so entstehende Energie nicht wie bei der „normalen“ Verbrennung in Form von Wärme frei, sondern als elektrische Energie. Ein gewisser Wärmeanteil tritt jedoch aufgrund von Reibung und Verlusten auf.

Leistungsvergleich mit einem Dieselantrieb

Der Wirkungsgrad dieser Brennstoffzellen ist im Vergleich zum Dieselgenerator sehr hoch. Er beträgt ca. 65%. Das bedeutet, dass 65% der aufgewandten Energie, die im Wasserstoff steckt, in Strom umgewandelt werden kann! Die Verluste, z.B. durch Reibung/Wärme betragen also nur 35%. Gute Dieselgeneratoren haben bestenfalls einen Wirkungsgrad von ca. 30%.
Da die Spannung, die eine einzelne Brennstoffzelle erreichen kann, begrenzt ist, werden mehrere Brennstoffzellen hintereinander geschaltet. Ein solches Modul kann dann die erforderliche Spannung erzeugen und mehrere Module parallel geschaltet die gewünschte Strommenge.

Welche Vorzüge hat dieser Antrieb für Uboote?

Diese Art der Energiegewinnung für den Antrieb bietet große Vorteile in der Uboottechnologie. Im Gegensatz zum Dieselgenerator ist der Geräuschpegel erheblich verringert sowie auch die Wärmeabstrahlung, die sonst durch Dieselgeneratoren entsteht, so dass die Ortung eines solchen Ubootes um ein Vielfaches schwieriger wird. Hierzu trägt auch bei, dass bei dieser Art der Energiegewinnung als einziges Abfallprodukt reines Wasser entsteht und keine feststellbaren Rückstände.

Des Weiteren bietet der Hybridantrieb den Vorteil, dass die Tauchzeiten sehr viel länger ausfallen können als bei Ubooten mit Dieselgenerator. Dieselmotoren benötigen Luftsauerstoff zum Betrieb, so dass diese Uboote öfters zu sogenannten „Schnorchelzeiten“ näher an die Oberfläche kommen müssen, um diesen aufzunehmen. Die neuen Uboote der Klasse 212 führen reinen Sauerstoff und Wasserstoff für die Brennstoffzellen in Tanks mit, mit dem sie von der Außenluftzufuhr unabhängig sind. Da als einziges Abfallprodukt in der Brennstoffzelle reines Wasser anfällt, ist dieser Antrieb besonders umweltfreundlich.
Dies gilt besonders dem Atomantrieb gegenüber, bei dem radioaktiver Abfall entsteht und der hohen sicherheitstechnischen Aufwand in der Entsorgung und im Betrieb erfordert. Hinzu kommen der hohe Platzbedarf sowie die erhebliche Geräuschabstrahlung bei der Kühlung der Reaktoren. Durch die Wärme- und Geräuschabstrahlung und ihre Größe aufgrund des Platzbedarfes sind Atom-Uboote zudem sehr viel leichter zu orten als die neuen Brennstoffzellen-Uboote.
Um die Leistungsfähigkeit der neuen Uboote der Klasse 212 voll auszunutzen, sind sie für einen eventuellen Spurt bei Überwasser- bzw. Schnorchelfahrt zusätzlich mit einem Dieselgenerator ausgestattet, der die Fahrbatterie speist und bei Bedarf wieder auflädt.
Darüber hinaus verfügt die Klasse 212 A über viele weitere technische Verbesserungen, die diese
Boote leistungs-, durchsetzungs- und einsatzfähiger sowie auch für ihre Besatzungen komfortabler machen."

Es ist natürlich ein wenig peinlich, daß sich derzeit alle Deutschen U-Boote in der Instandsetzung befinden.
Allerdings betrifft keine der Instandsetzungen die Brennstoffzellentechnik.
Wenn ein Kapitän sein Boot gegen ein unterirdisches Hindernis steuert ist der Antrieb schon mal nicht schuld.
Ich könnte behaupten, das ist wie auf der Straße.
Da sind auch immer die Alleebäume schuld, wenn jemand dagegen donnert.

...

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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von IH-Elektriker » Mittwoch 27. Dezember 2017, 10:57

Elt-Onkel hat geschrieben:
Mittwoch 27. Dezember 2017, 05:07
Es ist natürlich ein wenig peinlich, daß sich derzeit alle Deutschen U-Boote in der Instandsetzung befinden.
Allerdings betrifft keine der Instandsetzungen die Brennstoffzellentechnik.
Wenn ein Kapitän sein Boot gegen ein unterirdisches Hindernis steuert ist der Antrieb schon mal nicht schuld.
Ich könnte behaupten, das ist wie auf der Straße.
Da sind auch immer die Alleebäume schuld, wenn jemand dagegen donnert.
Ein Alleebaum ist ein Gewächs das jahrelang regungslos am Fahrbahnrand steht um dann genau wenn ein Auto vorbeikommt vor dessen Motorhaube zu springen..... :D

Ich sehe in Brennstoffzellen durchaus auch eine Alternative für andere Fahrzeuge wie U-Boote, auch wenn die Vorteile für U-Boote schon erheblich sind. Keine Schnorchelzeiten mehr, keine Kernenergie mit all ihren Gefährdungen.

Die Frage ist nur wie sich das ganze platzmäßig und preislich umsetzen lässt. Uns bringen alle Alternativen zum Verbrenner nur was wenn sie auch preislich in einem vertretbaren Rahmen liegen. Denn nicht jeder kann sich Elektromobilität zu Premium-Preisen leisten.

Und auch abseits von Elektromobilität auf der Straße sind ggf. Brennstoffzellen sinnvoll, bspw. überall dort wo ich heute einen "Moppel" einsetze um Strom zu erzeugen. Es gibt da ja tlw. schon Systeme für Wohnmobile bzw. Camping mit Brennstoffzellen als Ersatz für kleine Stromerzeuger, allerdings bisher nur zu Preisen das einem die Augen tränen.

Irgendwann gibts dann das was es heute als "Powerbank" mit Akku gibt mit 230V-Steckdose und Patronen für Sauerstoff und Wasserstoff. Steckdose to go sozusagen ;)

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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von Elt-Onkel » Mittwoch 27. Dezember 2017, 11:06

Moin Männer,

es ist alles schon da.

Man muss nur zugreifen.

https://www.sfc-defense.com/de/page/bor ... -fahrzeuge

Bitte sich von den koventionellen Fragestellungen lösen.



...

IH-Elektriker
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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von IH-Elektriker » Mittwoch 27. Dezember 2017, 14:16

Elt-Onkel hat geschrieben:
Mittwoch 27. Dezember 2017, 11:06
Moin Männer,

es ist alles schon da.

Man muss nur zugreifen.
Vor allem muss man das aber auch bezahlen können (bzw. wollen) ;)

Die "zivile" Variante, die EFOY 80 kostet für den Endverbraucher um die 2600€ und bringt dafür bei 12V schlappe 40W bzw. 3,3A. Ich möchte nicht wissen was da aktuell die Defense-Version bzw. die Security-Version kostet....

Greifbar ist diese Technologie, aber eben noch nicht so richtig etabliert und in der Großserie angekommen. Das wird noch ein bisschen dauern.

ThomasR
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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von ThomasR » Freitag 5. Januar 2018, 00:00

Hyundai-ix35-FuelCell.jpg
Darf ich die geschätzte Aufmerksamkeit auf den Hyundai ix35 FCEV lenken? Dieses Fahrzeug ist seit nunmehr vier Jahren (Produktionsbeginn war schon 2013, in D erst seit 2015 erhältlich) für ca. € 60.000 käuflich zu erwerben und ein Serienprodukt, kein Prototyp. Mein Arbeitgeber (allerdings in Korea) liefert einen grossen Teil der technischen Ausstattung.....
Der Wagen ist faszinierend, aber der Tank erinnert schon an eine Bombe im Kofferraum. Die Technik wird sich wohl nicht durchsetzen, weil die Wasserstoffinfrastruktur fehlt :cool:

Anekdote am Rande: bereits in den 1990er Jahren hat das US Militär von WEBASTO modifizierte Standheizungen für die Schützenpanzer/Truppentransporter erhalten ("Bradleys"). Diese hatten auf dem Abgastrakt eine Thermozellenanordnung, die genug Strom für Funk und Notbeleuchtung ermöglichte.....
Der Wirkungsgrad war "unterirdisch" aber wenn die Heizung eh läuft ;)

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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von bettmann » Freitag 5. Januar 2018, 08:20

Kleiner Beitrag zum Thema.

Da ich beruflich viel im Auto sitze und natürlich auch fahre, hatte ich gestern 04.01. was dazu im SWR1 gehört.
Die interviewten, wenn ich mich richtig erinnere, den einzigen privaten Wasserstoff-Autobesitzer (Brennstoffzelle) in BaWü (lebt irgendwo im Enzkreis).
Der hat einen Toyota, 80Tsd € Neupreis (ganz schön "sportlich"). Er war sehr zufrieden damit. Längere Fahrten und Tankstellenstops müssen natürlich vorab geplant werden. Nur als ich die Angabe des Drucks im Tank gehört habe, ist mir etwas mulmig geworden. 700bar!? Oder hatte ich mich da verhört?

bettmann
Yo, wir schaffen das !!! (Bob der Baumeister)

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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von Elt-Onkel » Freitag 5. Januar 2018, 08:27

Hallo,

den Druck der 'normalen' Gasflaschen hat man inzwischen auf 300 bar Fülldruck und 450 bar Prüfdruck angehoben.

Die Wehrmacht hat schon vor 80 Jahren Artilleriegeschosse auf 1'000 bar aufgepumpt.

Warum also nicht 700 bar Wasserstoff ?


...

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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von Tobi P. » Freitag 5. Januar 2018, 10:50

Moin bettmann,

der Kraftstoffdruck im Rail meiner Commonrail-Einspritzanlage liegt irgendwo zwischen 2000 und 2500 bar wenn ich das richtig in Erinnerung habe :)


Gruß Tobi

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Re: Brennstoffzelle

Beitrag von ThomasR » Freitag 5. Januar 2018, 14:15

Druck? Wo ist das Problem? Es gibt zwei Drucklagen für Wasserstofffahrzeuge: 350 oder 700 bar bzw. 30 oder 70MPa. Auf dem Bild des Tankstutzens sieht man die Angabe 72MPa.
Hyundai-ix35-FuelCell Tankstutzen.jpg
Solange alles ruhig bleibt ist das schon ewig beherrschbar. Beim Crash sieht das anders aus.....Eine Explosion ist aber extrem unwahrscheinlich. Dafür müsste sich erst einmal eine zündfähige Luft/Wasserstoff Mischung bilden. Beim kontrollierten Abblasen (das passiert in dem meisten Fällen bei einem Crash) und vorhandener Zündung brennt das austretende Gas an der Austrittsstelle bis nichts mehr da ist. Das grösste Problem ist dabei noch die fast unsichtbare Flamme.

Hier in Köln gab es vor ca. 17 Jahren einen dramatischen Auffahrunfall auf der A1 bei Lövenich, bei dem einem Wasserstofftanker die hinten liegenden Ventile abgerissen wurden (bei diesen hohen Drücken müssen die Tanks im Durchmesser klein sein, daher werden diese liegend angebracht, siehe Bild) Der Wasserstoff strömte unter viel Getöse aus, sonst passierte nichts. Da man nicht wusste, ob sich irgendwo Gasnester bilden könnten (Quatsch, denn Wasserstoff steigt sofort auf) hat man das austretende Gas einfach angezündet (!) und den ganzen Wasserstoff halt kontrolliert abfackeln lassen. Dieser Vorfall ist übrigens die Ursache für die spätere "Überdachung" der Autobahn an dieser Stelle (statt Tunnel). So kann Gas auch unter dem "Dach" abgefackelt werden.
Wasserstoff Lövenich.jpg
Wasserstoff Lövenich.jpg (50.83 KiB) 1010 mal betrachtet
Im übrigen kann auch Benzin auslaufen und sich entzünden richt1 Das sieht dann nicht so "sauber" aus wie auf dem Unfallbild von 2001 hair1

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