Station 1.1: Dampfreformierung

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1 Station 1.1: Dampfreformierung Kosten: 8 Energie pro Methan, 1 Wasser pro Methan Ausgangsstoff: Kohlenwasserstoffverbindung(meist Erdgase), Wasser(dampf), Wärme Funktion: prinzipiell eine Verbrennung des Kohlenstoffes unter hohen Temperaturen von C in der ersten Phase und etwa C in der zweiten Phase. Da dies unter Sauerstoffmangel durchgeführt wird, wird der für die Verbrennung nötige Sauerstoff aus dem Wasser gezogen. Lediglich der Wasserstoff bleibt somit aus dem Wasser und aus der Kohlenwasserstoffverbindung übrig. Endprodukt: Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid Vorteile: ausgereiftes und damit optimiertes Verfahren, Klarheit über den gesamten Prozess; recht hohen Wirkungsgrad (große Ausbeute für aufgewendete Energie) Nachteile: Entstehung der Umweltgiftes Kohlenmonoxid(CO)

2 Station 1.2: partielle Oxidation Kosten: 24 Energie pro Heizöl, 6 Sauerstoff pro Heizöl Ausgangsstoff: alle Kohlenwasserstoffverbindungen(Mischungen), Sauerstoff, Wärme Funktion: Auch bei der partiellen Oxidation handelt es sich um eine Verbrennung. Der Kohlenstoff der Verbindung reagiert mit dem hinzugegebenem Sauerstoff bei einer Temperatur von C (also verbrennt) und dadurch werden die gebundenen Wasserstoffteilchen frei. Endprodukt: Kohlenmonoxid, Wasserstoff Vorteile: gleichzeitige Entstehung von zusätzlicher Wärmeenergie, welche weiter genutzt werden kann Nachteile: Entstehung des Umweltgiftes Kohlenmonoxid(CO)

3 Station 1.3: Elektrolyse Kosten: 1,5 Energie pro Wasser Ausgangsstoffe: Wasser, elektrischer Strom Funktion: Es wird elektrische Ladung an das Wasser abgegeben. Diese Energie sorgt dafür, dass das Wasser sich in seine Bestandteile spaltet. Endprodukte: Wasserstoff, Sauerstoff Vorteile: jeglicher Strom kann verwendet werden, man ist nicht abhängig, sondern kann Wind-, Sonne- und Wasserkraft sowie Kohle-, Ergas- oder Kernenergie. Nachteile: -

4 Station 1.4: Photobiologisch/Biomasse Kosten: 1 Energie pro Stück, aber nur die Hälfte des Wasserstoffes kann behalten werden Ausgangsstoffe: Biomasse (also etwa Bioabfall, Pflanzenrest, Gartenabfälle), die Wasser- und Kohlenstoff (fast alles Organisches) enthalten, Bakterien Funktion: Mikrobakterien verfügen natürlicherweise über die Fähigkeit organische Kohlenwasserstoffe durch ihre Verdauung zu spalten. Unter einer luftfremden (anaeroben) Umgebung fehlt ein elementarer Teil für die Verdauung, sodass der dabei entstandene Wasserstoff ungebunden freigegeben wird. Endprodukte: Wasserstoff und andere Reste, je nach Bakterium und Bestandteilen der Biomasse Vorteile: Verwendung von Resten, keinen neuen Ressourcen, sondern Bestandteilen des aktuellen natürlichen Kreislaufes; zurzeit Kostengünstigste Variante, da kaum zusätzliche Energie aufgewendet werden muss Nachteile: recht geringer Wirkungsgrad

5 Station 1.5: Kværner-Verfahren Kosten: 10 Energie pro Methan Ausgangsstoffe: Kohlenwasserstoffe, Lichtenergie Funktion: Bei 1600 C spalten sich die Kohlenwasserstoffe in einem Plasmabrenner (mit ganz feinen energiereichen Lichtstrahlen beschossen) in seine Grundbestandteile, also Kohlenstoff und Wasserstoff. Endprodukte: Wasserstoff, Aktivkohle (reine Kohle, C) Vorteile: vollkommene Aufspaltung ohne Nebenprodukte, Wirkungsgrad nahezu 100% (50% Wassersstoff, 40% Aktivkohle, 10% Wasserdampf) Nachteile: sehr hohe Temperatur wird benötigt, folglich sehr viel Energie; nahezu kein Material ist geeignet den nötigen Umständen entgegen stabil zu bleiben, noch keine guten Lösungen für große Anlagen

6 Station 1.6: Thermochemisches Verfahren Kosten: 5 Energie pro Wasser Ausgangsstoffe: Wasser, Wärmeenergie Funktion: Bei einer Temperatur von 1700 C spaltet sich Wasserdampf auch unter dem Einfluss von Wärme in seine Bestandteile auch. Endprodukte: Wasserstoff, Sauerstoff Vorteile: Auch hier entstehen keine Nebenprodukte Nachteile: keine technischen Lösungen für eine Anlage dieser Art

7 Station 1.7: Photokatalyse Kosten: 2 Energie pro Wasser Ausgangsstoffe: Wasser, Solarstrahlung Funktion: Durch eine Konzentrierung von Solarstrahlen auf Photokatalysatoren (bestimmte geeignete Stoffe) wird Energie abgegeben, welche dann dafür sorgt, dass umgebendes Wasser gespalten wird. Endprodukte: Wasserstoff, Sauerstoff Vorteile: giftigen Nebenprodukte, kein großer Energieaufwand Nachteile: sind noch nicht für eine großtechnische Anwendung aktiv genug

8 Station 2.1: Gasflasche Kosten: 1,5 Energie, 2 Wasserstoffatome pro Schale Funktion: Unter hohem Druck (etwa 1200 bar 1200facher Atmosphärendruck) werden die Wasserstoffatome so sehr zusammengepresst, dass sie in einer kleinen Flasche oder einem Container. Vorteile: recht simpler Prozess Nachteile: keine so großen Speichermöglichkeiten, vergleichsweise wenig auf viel Platz

9 Station 2.2: Flüssiggasflasche Kosten: 3 Energie, 3 Wasserstoffatome pro Schale Funktion: In gleicher Art und Weise, wie bei der Gasflasche, aber hier wird der Wasserstoff auf -253 C abgekühlt, sodass er flüssig wird. (wie wenn man Wasser bei 100 C zu Gas wird, nur anders herum). Weil es flüssig ist, braucht es weniger Platz (wie wenn Eis schmilzt) und mehr Wasserstoffatome passen auf denselben Platz. Vorteile: mehr Speichermöglichkeit Nachteile: höhere Kosten, da sehr stark abgekühlt werden muss

10 Station 2.3: Speicherung in Feststoff Kosten: 4,5 Energie, 5 Wasserstoffatome pro Schale Nehme deinen Wasserstoff und hülle ihn in den Feststoff MOF ein. Danach können mehr nebeneinander gespeichert werden. Funktion: Die Speicherung in einem Feststoff funktioniert durch eine Fähigkeit aus der Physik, wodurch Stoffe sich bei bestimmten Temperaturen anziehen. Die eingesetzten Stoff (z.b. Metal Organic Frameworks - MOFs) können durch ihre besondere Struktur den Wasserstoff so verpacken, dass mehr auf demselben Raum passt als ohne den Stoff. Vorteile: leichte Umkehrung und somit leichtes Loslösen des Wasserstoffes Nachteile: Feststoff ist schwieriger zu transportieren und zu tanken als Flüssigkeiten.

11 Station 2.4: Speicherung in Flüssigkeit Kosten: 6 Energie, 6 Wasserstoffatome pro Schale Nehme deinen Wasserstoff und hülle ihn in die Flüssigkeit LOHC ein. Danach können mehr nebeneinander gespeichert werden. Funktion: Auch die Speicherung in einer Flüssigkeit ist möglich, dabei wird es chemisch darin gelöst (wie wenn ihr Zucker in eine Tasse Tee gebt). Dort befindet er sich so lange, bis er wieder herausgelöst wird. Ein Beispiel für einen Stoff der sich dafür eignet sind Liquid Organic Hydrogen Carriers LOHC. Vorteile: leicht zu tanken und zu transportieren Nachteile: lässt sich nicht so leicht lösen wie aus Feststoffen

12 Station 2.5: Metallhydridspeicher Kosten: 9 Energie, 4 Wasserstoffatome pro Schale Nehme deinen Wasserstoff und ihn hülle in den Speicher ein. Danach können mehr nebeneinander gespeichert werden. Funktion: In Zwischenräumen eines Metallgitters können Wasserstoffatome genauso gespeichert werden wie bei anderen Feststoffen. Sie funktioniert durch eine Fähigkeit aus der Physik, wodurch Stoffe sich bei bestimmten Temperaturen anziehen. Durch ihre besondere Struktur kann er den Wasserstoff so verpacken, dass mehr auf demselben Raum passt als ohne den Stoff. Dies wurde vor der anderen Technik entdeckt, ist aber nicht so effektiv und vom Gewicht her deutlich schwerer, da Metall eines der schwersten Elemente ist. Vorteile: alte Speichervariante, die ausgereift ist, mit der Erfahrungen gemacht wurden (etwa auf U-Booten) Nachteile: sehr großes Gewicht und großes Volumen