Wasserstoffspeicherung

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Hannelore Hase
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1 Wasserstoffspeicherung Hauptseminar zum Thema Energie Martin Mainitz 19. Juli 2011

2 Überblick Grundlagen Motivation Wasserstofferzeugung Wasserstoffspeicherung Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

3 Wasserstoff bei der Reaktion Die Columbia beim Erstflug Quelle: de.wikipedia.org/wiki/space Shuttle Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

4 Eigenschaften des Wasserstoffs leichtestes und kleinstes Element hochreaktiv atomarer/molekularer Wasserstoff ist Energieträger, muss erzeugt werden Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

Wasserstoff ist Energieträger, muss erzeugt werden

5 Energiedichten Energiedichten von Energieträgern Quelle: de.wikipedia.org/wiki/energiedichte Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

6 Motivation Wasserstoffwirtschaft: Verringerung des ökologischen Fingerabdrucks fossile Energiequellen vs. Wasserstoff als Energieträger Machbarkeit: H-Atome haben größten Anteil an Reaktionsenthalpie von Kohlenwasserstoffen Methan, CH 4, verbrennt mit 153 kj mol Anteil von Wasserstoff daran: 120 kj mol Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

Wasserstoff als Energieträger Machbarkeit: H-Atome haben größten Anteil an

7 Wasserstofferzeugung

8 Wasserstofferzeugung I Elektrolyse von Wasser Herstellung von Wasserstoff heute hauptsächlich aus Erdgas 71 % der Erdoberfläche von Wasser bedeckt Erzeugung mittels regenerativer Energiequellen an Orten maximaler Ausbeute Solarparks (z.b. in Afrika) Wasserkraft (z.b. in Norwegen) Windkraft (z.b. Off-Shore-Anlagen) Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

Energiequellen an Orten maximaler Ausbeute Solarparks (z.b. in Afrika) Wasserkraft (z.b. in Norwegen) Windkraft (z.

9 Wasserstofferzeugung II Schema der Elektrolyse Quelle: de.wikipedia.org/wiki/elektrolyse) Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

10 Wasserstofferzeugung III 8 H 2 O 4 H 3 O OH (Autoprotolyse) 4 H 3 O e 2 H H 2 O (Reduktion) 4 OH 4 e O H 2 O (Oxidation) Insgesamt ergibt sich damit 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

OH 4 e O 2 + 2 H 2 O (Oxidation) Insgesamt ergibt sich damit 2

11 Wasserstoffspeicherung

12 Methoden der Wasserstoffspeicherung Drucktanks Flüssigwasserstofftanks Adsorptionsprozesse Physisorption Chemisorption Methanisierung Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

Physisorption Chemisorption Methanisierung

13 Drucktanks I Diffusionsraten verschiedener Materialien Quelle: Makarov et al., II. Int. Conf. Hydrogen Storage Technologies, Russia, 2009 Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

14 Drucktanks II Quelle: Eichlseder, Klell, Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik, Springer, 2008 Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

15 Flüssigwasserstofftanks I Schema Linde-Kryotank Quelle: Linde Gas Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

16 Flüssigwasserstofftanks II Kryotank im Hydrogen Center Austria Quelle: Linde Gas Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

17 Exkurs 1: Der Sicherheitsaspekt

18 Der Sicherheitsaspekt I Das Hindenburg-Unglück Quelle: de.wikipedia.org/wiki/lz_129 Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

19 Der Sicherheitsaspekt II Brandtest, H 2 (li) und Benzin (re), t=0, 3, 60, 90, 140, 160 s Quelle: Eichlseder, Klell, Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik, Springer, 2008 Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

Klell, Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik, Springer,

20 Speichermöglichkeiten ohne Diffusionsproblem Adsorptionsprozesse Physisorption (z.b. Speicherung in C-Nanotubes) Chemisorption (z.b. Metallhydridspeicher) Methanisierung (Sabatier-Prozess) Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

21 Struktur eines komplexen Metallhydrids Quelle: Graetz, Chem. Soc. Rev., 38, S.77, 2009) Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

22 Exkurs 2: Brennstoffzellen

23 Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle Quelle: de.wikipedia.org/wiki/pemfc) Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

24 Metallhydride vs. Akkumulatoren Quelle: Graetz, Chem. Soc. Rev., 38, S.74, 2009) Annahmen: Brennstoffzelle arbeitet bei 50% Effektivität Effektivität reduziert auf 25% (Ausgleich für Gewicht der Zelle) Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

25 Einordnung der Energiedichte von Metallhydriden Quelle: de.wikipedia.org/wiki/energiedichte Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

26 Mobile Anwendung: U-Boot der Klasse 212 A Quelle: de.wikipedia.org/wiki/u-boot-klasse_212_a Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

27 Methanisierung Eigentlich kein Verfahren zur Wasserstoffspeicherung CO H 2 CH H 2 O (Sabatier-Prozess) Methan kann einfach gespeichert werden Nutzung vorhandener Infrastruktur Mögliche Folgeanwendung: Direktmethanolbrennstoffzellen Zusätzlicher Energieverlust bei Umwandlung (60% Wirkungsgrad) Schlechter Brennwert von Methan bei Verbrennung Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

28 Zusammenfassung Hochdrucktanks: Vorteile: leicht, relativ günstig, gut für kleine Volumina Nachteile: Diffusion/Versprödung möglich, geringe Energiedichte, keine Formtanks möglich Flüssigwasserstofftanks: Vorteile: recht hohe Energiedichte, gut für große Volumina Nachteile: Diffusion/Versprödung möglich, teuer, schwer, keine Formtanks möglich Physisorptionsspeicher (C-Nanotubes): Vorteile: keine Diffusion, mögliche hohe Energiedichten bei geringem Gewicht Nachteile: geringe Arbeitstemperatur, Entnahme schwer Metallhydridspeicher: Vorteile: keine Diffusion Nachteile: geringe Energiedichten, hohes Gewicht, hohe Kosten Martin Mainitz Wasserstoffspeicherung 19. Juli / 28

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