Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen Teil 3.1.2

Teil 3.1.2 | Wasserstoff im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen

Mitunter findet man widersprĂŒchliche Angaben zu der Frage, ob die Energiedichte von Wasserstoff grĂ¶ĂŸer oder kleiner ist als die von Kohlenwasserstoffen. Beides ist richtig. Die freiwerdende Verbrennungsenergie (abgegebene ReaktionswĂ€rme ∆H) von Wasserstoff, bezogen auf ein Mol (eine bestimmte Zahl von MolekĂŒlen) dieses Mediums, ist niedriger als die von Kohlenstoff (s. Formel). Weil die MolekĂŒlzahl direkt mit dem Volumen korreliert, ist die volumetrische Energiedichte von Wasserstoff gering.

Bei einer gravimetrischen (massenbezogenen) Betrachtung sieht dies jedoch genau andersherum aus. Bei der Verbrennung von einem Gramm reinen Wasserstoffs wird viermal so viel Energie freigesetzt wie bei der Verbrennung eines Gramms Kohlenstoff:

H-Oxidation:

H2  +  œ O2  →  H2O      ∆H = -67 Wh/mol = -39,2 Wh/g

C-Oxidation:

C  +  O2  →  CO2           ∆H = -109 Wh/mol = -9,2 Wh/g

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal der verschiedenen Kraftstoffe ist ihr thermisches Verhalten: Einige Substanzen sind unter Umgebungsbedingungen flĂŒssig, andere gasförmig. Ihre unterschiedlichen AggregatzustĂ€nde sowie Siedepunkte lassen sich ebenfalls auf ihre Zusammensetzung zurĂŒckfĂŒhren:

 Je grĂ¶ĂŸer der C-Anteil, desto höher liegt die Siedetemperatur.

Benzin und Diesel liegen wegen ihres komplexen Kohlenwasserstoffgeflechtes flĂŒssig vor und sind damit sehr kompakte Speicherungsvarianten. Die wichtigsten alternativen Kraftstoffe (CNG = Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas; LPG = Liquid Petroleum Gas, Autogas) sind bei Normaltemperatur Gase und mĂŒssen, um eine einigermaßen hohe Energiedichte zu erlangen, in DruckbehĂ€ltern aufbewahrt werden.

 Abb. 12: Volumetrische Energiedichten verschiedener Kraftstoffe, die fĂŒr Schiffe in Frage kommen. Geringere volumetrische Energiedichten sind kein Ausschlusskriterium, erfordern aber Anpassungen, entweder in Form hĂ€ufigerer Betankung oder grĂ¶ĂŸerer Tankvolumina inklusive entsprechender Anpassung des Schiffsdesigns.

Datei: 12_VorlÀufig SHIP
Quelle: NOW / Ship Fuel

Im Vergleich muss allerdings auch berĂŒcksichtigt werden, dass Brennstoffzellen einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als Verbrennungsmotoren. FĂŒr dieselbe zurĂŒckzulegende Strecke benötigt man also weniger Energie.

WĂ€hrend die Energiedichte von FlĂŒssigkraftstoffen physikalisch konstant ist, ist beim Wasserstoff noch ein gewisser Spielraum vorhanden, zum Beispiel indem der Anteil des Wasserstoffs in flĂŒssigen TrĂ€germedien erhöht wird. StĂ€ndig in Bewegung ist dagegen die Batterietechnologie. In den vergangenen Jahren hat sich die volumetrische Energiedichte von Lithium-Ionen-Zellen in Elektroautos auf rund 400 Wh/l etwa verdoppelt. Bis 2030 könnte es zu einer weiteren Verdopplung kommen. Das ist allerdings immer noch eine deutlich geringere Energiedichte als bei Wasserstoff bei 700 bar, der auf etwa 2 kWh/l kommt.

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen. Bewusst leicht verstÀndlich gehalten und beschrieben. Es soll technikinteressierten als ein umfangreiches Literaturverzeichnis dienen.

Die grundlegend ĂŒberarbeitete Neuauflage unseres Buches zu diesem Thema ist hier erhĂ€ltlich. Aktuelle Entwicklungen wurden ergĂ€nzt, Überholtes entfernt. Neben den jĂŒngsten Trends vermittelt dieses Buch – wie schon seine VorgĂ€nger – die grundlegenden physikalischen ZusammenhĂ€nge, denn diese gelten ja bei allem Wandel nach wie vor.

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