Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen Teil 3.1

Teil 3.1 | Eigenschaften

Die Maximaltemperatur von fl√ľssigem Wasserstoff (LH2: engl. Liquid Hydrogen) bei Umgebungsdruck betr√§gt -253 ¬įC. Im Umkehrschluss hei√üt das: Will man ihn bei auf der Erde typischen Umgebungstemperaturen verfl√ľssigen, muss man ihn sehr stark abk√ľhlen und am besten auch verdichten. Unter Umgebungsbedingungen ist Wasserstoff gasf√∂rmig (GH2: engl. Gaseous Hydrogen).

Wasserstoff hat im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen viele praktische Eigenschaften ‚Äď oder vielmehr fehlen ihm viele Nachteile der fossilen Brennstoffe. Er ist zum Beispiel:

  • ungiftig und nicht reizend
  • umweltneutral, nicht wassergef√§hrdend
  • geruchlos
  • geschmacksneutral
  • unsichtbar
  • im Freien nicht explosiv
  • nicht radioaktiv
  • nicht krebserzeugend

Dar√ľber hinaus ist er leicht fl√ľchtig, was die Handhabung durchaus anspruchsvoll macht.

Die wichtigsten Kenngrößen

Aggregatzustand:                                             fest

  • Schmelzpunkt von H2, TSch = -259,2 ¬įC = 13,9 K

 

Aggregatzustand: ¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬†¬† fl√ľssig

  • Siedepunkt von LH2, TS = -252,8 ¬įC = 20,3 K
  • Dichte rLH2 bei 20,3 K und 1.013 mbar = 70,79 g/l
  • Dichte rGH2 bei 20,3 K und 1.013 mbar = 1,34 g/l
  • Verdampfungsw√§rme bei TS = 445,4 J/g = 31,5 kJ/l
  • Heizwert, HU, LH2, 119,97 MJ/kg = 33,33 kWh/kg = 8,50 MJ/l = 2,36 kWh/l
  • Temperatur am kritischen Punkt, TK = 33 K
  • Druck am kritischen Punkt, pK = 12,9 bar
  • Dichte rK, GH2 bei TK = 31,4 g/l¬†

 

Aggregatzustand:                                             gasförmig

  • Normalzustand ¬†¬†¬†¬†¬†¬†TN ¬† = 0 ¬įC, pN = 1.013 mbar
  • Dichte bei TN = 0,090 g/l
  • Dichte rGH2 bei 293 K und 1.013 mbar = 0,084 g/l
  • Dichteverh√§ltnis Gas zu Luft (= 1): = 0,070
  • Heizwert HU, GH2, bei TN = 10,8 MJ/Nm3¬† = 3,0 kWh/Nm3
  • Verbrennungsenthalpie: = 289,5 kJ/mol
  • Z√ľndbereich in Luft = 4,0 bis 77,0 Vol.-%
  • Z√ľndtemperatur = 585 ¬įC
  • Verbrennungstemperatur in Luft, TV = 2.045 ¬įC
  • bei 29 Vol.-%, TVluft = 2.318 ¬įC (mit Luft)
  • bei 29 Vol.-%, TVO2 > 3.000 ¬įC (mit O2)
  • W√§rmeleitf√§higkeit bei 25 ¬įC und 1 bar, = 1,9 W/cmK
  • spezifische W√§rmekapazit√§t cp = 14,2 kJ/kgK
  • spezifische W√§rmekapazit√§t cv = 10,1 kJ/kgK
  • Diffusionskoeffizient = 0,61 cm2/s
  • Dynamische Viskosit√§t bei 25 ¬įC, 1 bar = 8,91 x 10-6 Ns/m2

Einige interessante Fakten √ľber Wasserstoff:

  • Wasser enth√§lt lediglich 11,2 Gewichtsprozent Wasserstoff.
  • Wasserstoff kann ‚Äď neben Sauerstoff ‚Äď auch mit Chlor stark reagieren.
  • Wasserstoff ist deshalb so leicht, weil sein Kern nur aus einem einzelnen Proton besteht. Bei einem Sechstausendstel der Wasserstoffatome der Erde ist zus√§tzlich ein Neutron im Kern vorhanden. Sie hei√üen ‚ÄěSchwerer Wasserstoff‚Äú = Deuterium (D). Deuteriumkerne k√∂nnen miteinander verschmelzen und dabei gro√üe Energiemengen freisetzen (Kernfusion). Ein Billiardstel der Wasserstoffatome der Erde sind ‚Äě√úberschwerer Wasserstoff‚Äú = Tritium (T), das zwei Neutronen im Kern hat. Tritium ist radioaktiv und wird unter anderem als Indikator (Tracer) zur Markierung von Substanzen eingesetzt.
  • Wenn Wasserstoff brennt, gibt er Strahlung, vor allem im ultravioletten Bereich (310 Ňčm), ab. Diese Strahlung kann Sonnenbrand verursachen. Gleichzeitig weist er aufgrund des Mangels an Kohlenstoff nur ein Zehntel der W√§rmeabstrahlung von anderen Brenngasen auf.
  • W√§hrend sich die meisten Gase bei einer Ausdehnung abk√ľhlen, f√ľhrt die Entspannung von Wasserstoff bei Normaltemperatur zu einer geringf√ľgigen Erw√§rmung (negativer Joule-Thompson-Effekt). Das √§ndert sich erst unterhalb des sogenannten Umkehrpunktes (TU) bei -73 ¬įC.

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

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

Die grundlegend √ľberarbeitete Neuauflage unseres Buches zu diesem Thema ist hier erh√§ltlich. Aktuelle Entwicklungen wurden erg√§nzt, √úberholtes entfernt. Neben den j√ľngsten Trends vermittelt dieses Buch ‚Äď wie schon seine Vorg√§nger ‚Äď die grundlegenden physikalischen Zusammenh√§nge, denn diese gelten ja bei allem Wandel nach wie vor.

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