Um alle Funktionen dieser Seite zu nutzen, aktivieren Sie bitte die Cookies in Ihrem Browser.
my.chemie.de
Mit einem my.chemie.de-Account haben Sie immer alles im Überblick - und können sich Ihre eigene Website und Ihren individuellen Newsletter konfigurieren.
- Meine Merkliste
- Meine gespeicherte Suche
- Meine gespeicherten Themen
- Meine Newsletter
BrennstoffzellenfahrzeugBrennstoffzellenfahrzeuge sind Transportmittel mit Elektroantrieb, bei denen die benötigte Energie durch eine Brennstoffzelle erzeugt wird. Als Energieträger wird Wasserstoff oder Methanol verwendet. Derzeit sind fast ausschließlich Automobile und Omnibusse mit Brennstoffzellen in Betrieb, es werden jedoch auch Brennstoffzellen in U-Booten und Segelschiffen verbaut. Diese Antriebsform ist noch experimentell. Sie steht in der aktuellen Entwicklung in Konkurrenz zu akkumulatorgespeisten Elektroantrieben. Probleme mit der Reichweite und der Wirtschaftlichkeit der Akkumulatoren (Preis und Lebensdauer) führten dazu, dass derzeit die Brennstoffzelle von den Automobilherstellern als Zukunftstechnologie favorisiert wird. Es wird hauptsächlich Wasserstoff als Energieträger erprobt. Die aus einem in der Breite eingeführten Wasserstoffantrieb resultierenden Systemaspekte wie beispielsweise der Aufbau einer Infrastruktur für die Herstellung, Speicherung und Betankung sind im Wesentlichen noch offen. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
FunktionsprinzipDer Vorteil einer Brennstoffzelle besteht darin, dass sie die chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie umwandelt. Dabei werden am Anwendungsort hohe Wirkungsgrade von bis zu 80 % erzielt. Der so gewonnene Strom kann in kleinen Elektromotoren, oft ohne Getriebe direkt an zwei oder vier Rädern montiert (Radnabenmotor), in Bewegungsenergie umgewandelt werden, wie bei anderen Elektromobilen auch. Damit sind derzeit in den Konzeptfahrzeugen Höchstgeschwindigkeiten von bis zu 145 km/h und Reichweiten mit einer Tankfüllung von bis zu 450 km möglich. Die verwendeten Brennstoffzellen arbeiten mit Betriebsdrücken zwischen 0,3–2,0 bar. Treibstoffe und TankHeute wird eindeutig die Mitnahme von Wasserstoff in Tanks bevorzugt, entweder als Druckgas (700 bar CH2) oder in tiefkalter flüssiger Form (LH2) bei −253 °C. Die Dichte von Druckgas kommt dabei schon zu 75 % an die Dichte von flüssigem Wasserstoff heran. Für die Kompression auf 700 bar muss etwa 10 % der an Wasserstoff gebundenen Energie aufgewendet werden, bei der Verflüssigung sind 20–30 % aufzuwenden. Die meisten Automobilfirmen bevorzugen inzwischen 700 bar Tanks. Die Betankung erfolgt ähnlich zur herkömmlichen Betankung mit flüssigen Treibstoffen. Es ist zum anderen aber auch möglich, die Vielfalt an energiehaltigen Substanzen als Kraftstoff zu nutzen, doch einige müssen für die Nutzung in der Brennstoffzelle zuvor chemisch in gasförmigen Wasserstoff umgewandelt werden. Direktmethanolbrennstoffzellen (DMFC) können den flüssigen Treibstoff Methanol jedoch unmittelbar nutzen. DMFCs haben jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad und besitzen zudem den Nachteil, dass das Methanol giftig ist. Betankungssysteme mit flüssigen Treibstoffen und einem Reformer zur Erzeugung von Wasserstoff haben sich jedoch nicht bewährt, sodass letztendlich zum Fahren wohl doch der Wasserstoff aus mitgeführten Tanks bereitgestellt werden wird. AusblickDerzeit wird mit Hilfe von Prototypen und Kleinserienfahrzeugen die Praxistauglichkeit dieser Fahrzeuge getestet. Obwohl die Entwicklung solcher Fahrzeuge sehr kostspielig ist, bemühen sich alle Automobilkonzerne darum, das beste Fahrzeug-Gesamtkonzept zu entwickeln. Dabei haben die Entwicklungsingenieure hier viel Handlungsspielraum, weil bei Elektrofahrzeugen übliche Bauteile wie Getriebe wegfallen und der Motor platzsparend in den Radnaben untergebracht werden kann. Somit lässt diese Technik auch eine große Designvielfalt zu. Nachteilig ist jedoch, dass der Energiespeicher wesentlich größer als bei Benzin- und Dieselfahrzeugen ausfällt und vor allem Wasserstoffspeicher sehr aufwändig hinsichtlich ihrer Dichtheit, Wärmeisolierung und Sicherheit zu konstruieren sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass Elektrofahrzeuge selbst bei schwacher Motorisierung eine hohe Anfangsbeschleunigung haben. Das liegt daran, dass beim Elektroantrieb das volle Drehmoment schon im Stand zur Verfügung steht und selbst bei hohen Drehzahlen nicht schwächer wird. Wann der Brennstoffzellenantrieb in Deutschland erstmals serienmäßig eingesetzt wird, ist noch unklar. In Japan und den USA ist der Honda FCX voraussichtlich ab 2009 erhältlich. Brennstoffzellen-KonzeptfahrzeugePersonenkraftwagenAudi
BMW
DaimlerChrysler
Fiat
Ford
General Motors
Honda
Hyundai
Morgan
Nissan
Peugeot
Toyota
Volkswagen
NutzfahrzeugeDaimlerChrysler
Van Hool, UTC-Fuel Cell, ISE Corporation
Schiffe/Boote
Treibstoffherstellung
Prinzipielle KritikEine Brennstoffzelle mit Wasserstofftank ist nur eine exotische Bauform eines Akkumulators. Solange das Gewicht, der Wirkungsgrad der Speicherung, die Lebensdauer und die Kosten nicht unter die Werte von anderen Akkumulatoren oder Energiespeichersystemen fallen, sollte die Nutzung nicht in Betracht gezogen werden. Der „Brennstoffzellen-Hype“ scheint hauptsächlich politisch und ideologisch begründet zu sein. Auch weit weniger gewöhnlich als die Brennstoffzelle, die als bekannteste Technologie geradezu „Synonym“ für eine emissionsfreie „Wasserstoffwirtschaft“ steht, ist die reine H2/O2-Verbrennung in so genannten Außenluftunabhängigen Kreislaufmotoren, da durch diese Gestaltung der Verbrennung schließlich auch die NOx-Emissionen entfallen. Neben der hohen Verbrennungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs, sowie die weit auseinander liegenden Zündgrenzen und seine verschwindende Trägheit, sind es umfassendere Gründe, ihn nicht in „herkömmlichen“ Motoren (wie sie für Kohlenwasserstoffe geeignet sind) zu verwenden. Die Technologie erreicht gegenüber Benzinbetrieb ansehnliche Wirkungsgrade und ist neben den stationären (Motor-BHKW) zur Stromerzeugung, auch für den mobilen Einsatz geeignet. Sie ist direkt aus der Entwicklung von Raketentriebwerken abgeleitet, und bereits seit den 40iger Jahren ausschließend vereinzelt realisiert worden. AlternativenIn einem Artikel des Scientific American mit dem Titel „Hybrid Vehicles Gain Traction“ vom April 2006, geschrieben von Joseph J. Romm and Prof. Andrew A. Frank, wird argumentiert, dass Plug-in-Hybridfahrzeuge, welche einfach an das bestehenden Stromnetz angeschlossen werden können anstatt auf Tankstellen angewiesen zu sein, sich als Standard in der Automobilindustrie durchsetzen werden[5]. Batteriefahrzeuge, wie der EV1 weisen typischerweise eine vierfach höhere Effizienz auf als etwa Wasserstofffahrzeuge[6], wenn die Herstellung des Wasserstoffs mit einberechnet wird. Elektrofahrzeuge werden zudem mit neueren Modellen wie dem Tesla zunehmend populär.[7]
Referenzen
|
|
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Brennstoffzellenfahrzeug aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |