Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik

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Berthold Melsbach
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1 Helmut Eichlseder Manfred Klell Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik Erzeugung, Speicherung, Anwendung Mit 209 Abbildungen und 24 Tabellen PRAXIS ATZ/MTZ-Fachbuch VIEWEG+ TEUBNER

2 VII Vorwort Formelzeichen, Indizes und Abkiirzungen V XI 1 Energie und Umwelt Bevolkerung und Energieverbrauch Ressourcen und Energiebedarf Emissionen und Umwelt Energietrager Primare Energietrager Sekundare Energietrager Energiewandler und Energiespeicher Literatur 13 2 Geschichtliches Literatur 26 3 Eigenschaften Vorkommen Thermodynamischer Zustand und Stoffwerte Chemische Eigenschaften Isotope Atomspin Spektrallinien Chemische Reaktionen Hydride Kohlenstoffverbindungen Verbrennung Zerlegung von Wasserstoffmolekiilen Literatur 47 4 Erzeugung Wasserstoffals Nebenprodukt Benzinreformierung Ethenproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse 52

1 Vorkommen 27 3.2 Thermodynamischer Zustand und Stoffwerte 27 3.3 Chemische Eigenschaften 36 3.3.1 Isotope 36 3.3.2 Atomspin 37 3.3.3 Spektrallinien 38 3.4 Chemische Reaktionen 40 3.4.1 Hydride 40 3.

3 VIII 4.2 Reformierung Dampfreformierung Partielle Oxidation Autotherme Reformierung Reformierung bei niedrigen Temperaturen Direkte Spaltung von Kohlenwasserstoffen Cracken Kvaerner-Verfahren Vergasung Trocknung Thermolyse oder Pyrolyse Oxidation Reduktion Vergaserbauarten Reinigung Reinigung der Ausgangsstoffe Reinigung des Endprodukts Spaltung von Wasser Thermische Wasserspaltung Elektrochemische Wasserspaltung Chemische Wasserspaltung Biologische Herstellungsverfahren Enzyme der Wasserstofferzeugung Biophotolyse Fermentation Literatur 82 5 Speicherung und Transport Verdichtung und Abgabe von gasformigem Wasserstoff Druckspeicher fur Wasserstoff Verfliissigung von Wasserstoff Verdichtung von fliissigem Wasserstoff Kryospeicherung und Abgabe von fliissigem Wasserstoff Thermodynamik der fliissigen Wasserstoffspeicherung Allgemeine Beschreibung des Systems Kryobehalter Druckaufbau eines Kryobehalters im thermodynamischen Gleichgewicht Druckaufbau eines Kryobehalters im thermodynamischen Ungleichgewicht Abkiihlung und Befullung eines Behalters Speicherung in physikalisch und chemisch gebundener Form Physikalische Adsorption auf Festkorperoberflachen Chemische Adsorption in Hydriden Transport und Verteilung von Wasserstoff Literatur 137

4.5 Vergaserbauarten 61 4.5 Reinigung 63 4.5.1 Reinigung der Ausgangsstoffe 63 4.5.2 Reinigung des Endprodukts 64 4.6 Spaltung von Wasser 67 4.6.1 Thermische Wasserspaltung 67 4.6.2 Elektrochemische Wasserspaltung 67 4.

4 IX 6 Brennstoffzelle Prinzip der Brennstoffzelle KenngroBen der Brennstoffzelle Aufbau von Brennstoffzellen Membran-Elektroden-Einheit (MEA) Bipolarplatten Dichtungen Endplatten Typen von Brennstoffzellen AFC - Alkaline-FC (Alkalische-BZ) PEMFC - Proton-Exchange-Membrane-FC (Polymerelektrolytmembran-BZ) PAFC - Phosphoric Acid FC (Phosphorsaure-BZ) MCFC - Molten Carbonate FC (Carbonat-Schmelze BZ) SOFC - Solid Oxide FC (Oxid-Keramik BZ) Literatur Verbrennungsmotor Einleitung Relevante Stoffeigenschaften von Wasserstoff im Verbrennungsmotor Einteilung und Gliederungsmerkmale H 2 -Betrieb mit auberer Gemischbildung Innere Gemischbildung bzw. H 2 -Direkteinblasung Verbrennungsverhalten bei Wasserstoff-Direkteinblasung Ladungsschichtung Verbrennungssteuerung Gemische Wasserstoff-Erdgas/Biogas Charakteristika der Brenngase und deren Mischungen Auswirkung auf die Verbrennung Auswirkungen auf das Fahrzeug und Betriebsstrategien Literatur Anwendung Raffinerieprozesse Hydrofining Hydrocracken Chemie Haber-Bosch-Verfahren Fischer-Tropsch-Verfahren Methanolherstellung Halbleiterindustrie Analytische Chemie Lebensmittelchemie Wasseraufbereitung 212

4.4 MCFC - Molten Carbonate FC (Carbonat-Schmelze BZ) 158 6.4.5 SOFC - Solid Oxide FC (Oxid-Keramik BZ) 159 6.5 Literatur 160 7 Verbrennungsmotor 161 7.1 Einleitung 161 7.

5 X 8.3 Metallurgie Reduktion und Behandlung von Metallen SchweiBen und Schneiden Energietechnik Portable Brennstoffzellen Stationare Brennstoffzellen Verkehrstechnik Wasserstoff in der Raumfahrt Wasserstoff in der Luftfahrt Wasserstoff zu Wasser Wasserstoff zu Lande Automotive Anwendungen mit Brennstoffzellen Automotive Anwendungen mit Verbrennungsmotor Automotive Anwendungen mit Wasserstoff-Erdgas-Gemischen Literatur Normen, Recht und Sicherheit Normen Nationale und Internationale Normen Normen fur Wasserstoffanwendungen Recht Chemikalienrichtlinie Verordnung uber explosionsfahige Atmospharen (VEXAT) Sicherheit im Umgang mit Wasserstoff Sicherheit von Behaltern und Leitungen Werkstoffe Druckbehalter Kryobehalter Fahrzeugtanks Sicherheit von Gasfahrzeugen Herstellung Kraftstoffanlage Priifung und Zulassung Betrieb, Reparatur und Wartung Garagen fur Gasfahrzeuge Sicherheit von Prufstanden Ausbreitungsverhalten von Wasserstoff Komponenten eines Wasserstoffprufstands Sicherheit von Anlagen Literatur 281 Sachwortverzeichnis 283

5.6 Automotive Anwendungen mit Verbrennungsmotor 231 8.5.7 Automotive Anwendungen mit Wasserstoff-Erdgas-Gemischen 239 8.6 Literatur 243 9 Normen, Recht und Sicherheit 247 9.1 Normen 247 9.1.1 Nationale und Internationale Normen 247 9.

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