{"id":499,"date":"2019-02-10T14:18:41","date_gmt":"2019-02-10T13:18:41","guid":{"rendered":"https:\/\/wbook.online\/beh\/?p=499"},"modified":"2019-05-06T15:46:08","modified_gmt":"2019-05-06T13:46:08","slug":"energie-aus-wasser-die-brennstoffzelle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wbook.online\/beh\/2019\/02\/10\/energie-aus-wasser-die-brennstoffzelle\/","title":{"rendered":"Energie aus Wasser: Die Brennstoffzelle"},"content":{"rendered":"\n

Manches ist noch Vision am Rei\u00dfbrett, anderes hat die Marktreife bereits erreicht: Gasbetriebene Rechenzentren, supraleitende Flugzeugmotoren und eine CO2<\/sub>-freie Stahlproduktion sind nur einige Projekte, die einen Weg zur Energiewende mit der Brennstoffzelle aufzeigen wollen. <\/p>\n\n\n\n

Die Brennstoffzelle ist keineswegs eine neuartige Erfindung im Rahmen des Aufschwungs der erneuerbaren Energie in den letzten Jahrzehnten. Entwickelt wurde sie etwa zur gleichen Zeit wie der Verbrennungsmotor. Im Dezember 1838 beschrieb der deutsch-schweizerische Wissenschaftler Christian Friedrich Sch\u00f6nbein \u2013 der au\u00dferdem das Ozon entdeckte \u2013 das Funktionsprinzip erstmals. Lange Zeit kam man \u00fcber das Labor jedoch nicht hinaus, der robuste Generator von Siemens setzte sich zudem schnell als Mittel der Wahl zur Stromerzeugung durch. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts griff man das Prinzip wieder auf: Die ersten Satelliten und Raumfahrtprogramme wie Apollo nahmen Brennstoffzellen mit in den Weltraum. Seitdem geht die Entwicklung stetig vorw\u00e4rts. <\/p>\n\n\n\n

Doch was ist eine Brennstoffzelle und wie kann aus Wasser Energie gewonnen werden?<\/h4>\n\n\n\n

Der Wasserstoff<\/h5>\n\n\n\n

Das Gas Wasserstoff<\/strong> ist ein chemisches Element mit dem Symbol H (f\u00fcr lateinisch hydrogenium<\/em> \u201eWassererzeuger\u201c)<\/p>\n\n\n\n

Unser Herz schl\u00e4gt f\u00fcr den Wasserstoff. Keine blinde Liebe, sondern pure Berechnung: Wasserstoff ist das h\u00e4ufigste Element des Universums und hat doch das einzigartige Potential, eine Schl\u00fcsselrolle bei der Energiewende zu spielen. <\/p>\n\n\n\n

Durch eine nachhaltige Produktion von Wasserstoff k\u00f6nnen die CO2-Emissionen auf ein Minimum reduziert werden, weshalb auf \u201egr\u00fcnen\u201c Wasserstoff”<\/strong> zu setzen ist. Als Speichermedium kann Wasserstoff die Systemstabilit\u00e4t erh\u00f6hen und die Integration erneuerbarer Energien im gro\u00dfen Stil m\u00f6glich machen. Kurz gesagt: Auch wenn die Sonne mal nicht scheint und der Wind nicht weht, wir BLEIBEN mobil mit Wasserstoff.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wissenswert:
Gegen\u00fcber elektrischem Strom ist H2<\/sub> ein Isolator. In einem elektrischen Feld hat er eine Durchschlagsfestigkeit von mehreren Millionen Volt pro Meter. <\/p>\n\n\n\n

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Wasserstoff in Gasflaschen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
Wasserstoff ist Bestandteil des Wassers <\/h6>\n\n\n\n

Wasserstoff ist das h\u00e4ufigste chemische Element im Universum, jedoch nicht in der Erdrinde. Er ist Bestandteil des Wassers<\/strong> und beinahe aller organischen Verbindungen. Somit kommt gebundener Wasserstoff in s\u00e4mtlichen lebenden Organismen vor. Wasserstoff ist das h\u00e4ufigste chemische Element in der Sonne und den gro\u00dfen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, die \u00fcber 99,99 % der Masse des Sonnensystems in sich vereinen. <\/p>\n\n\n\n

Wasserstoffgewinnung durch Elektrolyse von Wasser <\/h6>\n\n\n\n

Eine alte und effiziente M\u00f6glichkeit zur Wasserstoffgewinnung ist die Elektrolyse von Wasser. Dabei wird Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. <\/p>\n\n\n\n

\"Wasserstoff-Elektrolyse\"
Wasserstoff-Elektrolyse<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
H2<\/sub>-Produktion mit Energie aus regenerativen Quellen<\/strong> <\/h6>\n\n\n\n

Es gibt verschiedene Produktionsverfahren f\u00fcr Wasserstoff, welche sich u. a. hinsichtlich ihres CO2<\/sub>-Einsparpotentials sowie der anfallenden Kosten unterscheiden. Empfehlenswert ist die CO<\/strong>2<\/strong><\/sub>-neutrale Produktion mittels Wasserelektrolyse mit Energie aus regenerativen Quellen<\/strong> sowie die Produktion aus Biomasse. Mindestens 50% des Wasserstoffs an den CEP-Tankstellen stammen aus regenerativer Erzeugung. Alternativ ist auch eine H2<\/sub>-Erzeugung aus Erdgas m\u00f6glich, wobei im Vergleich zu modernen Dieselfahrzeugen ebenfalls Kohlendioxid eingespart wird. <\/p>\n\n\n\n


Wie viel Strom \/ Wasser wird ben\u00f6tigt, um 1 kg H2<\/sub> im Elektrolyseverfahren herzustellen? <\/h6>\n\n\n\n

Der Strombedarf f\u00fcr die Herstellung von Wasserstoff im Elektrolyseverfahren direkt an der Tankstelle liegt in der CEP (Link)<\/a> derzeit bei ca. 55 kWh \/ kg H2<\/sub> bei einem angenommenem Wirkungsgrad von > 60 Prozent. F\u00fcr die Erstellung von 1 kg Wasserstoff ist die neunfache Menge Wasser notwendig, also neun Liter. <\/p>\n\n\n\n

Warum gerade Wasserstoff? <\/h6>\n\n\n\n

Wasserstoff kann im Rahmen der Energiewende eine Schl\u00fcsselrolle spielen: Als Kraftstoff und Energiespeicher: Voraussetzung f\u00fcr die Nutzung der erneuerbaren Energien ist ein leistungsf\u00e4higes Stromnetz, das Leistungsschwankungen volatiler Energiequellen auffangen kann. In Wasserstoff k\u00f6nnen gro\u00dfe Energiemengen gespeichert und wieder r\u00fcckverstromt werden, wenn sie ben\u00f6tigt werden. Am effizientesten erfolgt dies an Bord eines Brennstoffzellenfahrzeugs. Beim Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff entstehen keine sch\u00e4dlichen Emissionen, sondern lediglich etwas Wasserdampf. Regenerativ erzeugt<\/strong> wird Wasserstoff einen gro\u00dfen Beitrag zur Energiewende leisten und eine CO2<\/sub>-freie Mobilit\u00e4t erm\u00f6glichen. <\/p>\n\n\n\n

\"Schema
Schema Brennstoffzelle<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Brennstoffzelle<\/h4>\n\n\n\n

Wasserstoff und Sauerstoff<\/h5>\n\n\n\n

Wasserstoff ist vergleichsweise best\u00e4ndig und wenig reaktiv. Bei Z\u00fcndung reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff, wie auch mit anderen Elementen, heftig; es geschieht dann die sogenannte Knallgasreaktion<\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

Chemisch verbinden sich die Gase Wasserstoff und Sauerstoff “bei der Verbrennung” zur uns bekannten Fl\u00fcssigkeit Wasser. Wasser ist bekannterma\u00dfen ungiftig und sch\u00e4digt auch nicht unser Weltklima. Wenn also aus dem Abgasrohr eines Autos reinstes Wasser tropft, ist das wohl f\u00fcr die angestrebte Energiewende mehr als symphatisch.<\/p>\n\n\n\n

Die Verbindung der Gase Wasserstoff und Sauerstoff geschieht aufgrund ihrer unterschiedlichen Energiepotentiale in der Form, dass unterschiedliche Protonen- und Elektronenzahlen der Elemente bestrebt sind, sich auszugleichen. Um diesen Prozess zur eigenen Energieerzeugung zu nutzen, trennen wir die Elemente mithilfe einer Brennstoffzelle und zwingen die Elektronen auf einen vom Menschen vorgegebenen Weg, um deren elektrische Energie selbst nutzen zu k\u00f6nnen. Der nachfolgende Film m\u00f6chte diesen Prozess darstellen:<\/p>\n\n\n\n

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