Brennstoffzellen sind effizienter als konventionelle Kraftwerke, da sie Energie durch eine elektrochemische Reaktion statt durch Verbrennung erzeugen. Sie dienen oft als Notstromaggregate bei Spitzenlast und werden auch in verschiedenen öffentlichen Verkehrsmitteln eingesetzt. In diesem Blog erfahren Sie, wofür Wasserstoff-Brennstoffzellen eingesetzt werden und wie sie funktionieren.
Wofür werden Wasserstoff-Brennstoffzellen verwendet?
In Brennstoffzellen kann durch die Kombination von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen Strom erzeugt werden. Diese vielseitigen Brennstoffzellen finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, von der Stromversorgung von Raumfahrzeugen und elektronischen Geräten bis hin zu Wohn- und Geschäftsgebäuden und Fahrzeugen. Sehen wir uns nun einige ihrer wichtigsten Anwendungen im Detail an.
1. Lagerverwaltung: Mehrere große Lager- und Vertriebsunternehmen nutzen diese Brennstoffzellen, um saubere Lkw, Gabelstapler, Palettenwagen und andere Geräte mit Strom zu versorgen.
2. Internationaler Vertrieb: Brennstoffzellen verfügen über die für den Fernverkehr und den Nahverkehr erforderliche Reichweite und Leistung. Die Automobilindustrie produziert bereits wasserstoffbetriebene Sattelschlepper und Transporter.
3. Busse: Wasserstoffantrieb wird derzeit für den Einsatz in verschiedenen öffentlichen Verkehrsmitteln, darunter auch Brennstoffzellenbussen, untersucht. Mehrere Großstädte, darunter Chicago, Vancouver, London und Peking, haben bereits mit wasserstoffbetriebenen Bussen experimentiert.
Querverweis: BRENNSTOFFZELLEN-ELEKTROBUSSE für emissionsfreien öffentlichen Nahverkehr
4. Züge: Mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebene Züge sind mittlerweile in den meisten Industrieländern angekommen.
5. Individuelle Fahrzeuge: Große Automobilhersteller arbeiten an Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (HFCEVs) für den privaten Gebrauch. Zu den bekanntesten Modellen gehören Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo und BMW I Hydrogen Next.
6. Luftfahrt: Mehrere experimentelle Projekte haben den Einsatz dieser Brennstoffzellen in der Luft- und Raumfahrt untersucht. Die unbemannten Langstreckenfahrzeuge ein Hybridsystem mit Brennstoffzellen verwendet die durch Solaranlagen angetrieben wurden und theoretisch unbegrenzten Dauerflug bei Tag und Nacht ermöglichten.
Querverweis: Könnten Flüge mit Wasserstoffantrieb bis 2035 Realität werden?
7. Erzeugung von Notstrom: Stationäre Brennstoffzellen werden eingesetzt in Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) Systeme, bei denen eine kontinuierliche Betriebszeit wichtig ist. Krankenhäuser und Rechenzentren setzen zunehmend auf Wasserstoff für unterbrechungsfreie Stromversorgung. Es kann auch als Notstromaggregat dienen, sodass der Server eines Rechenzentrums zwei Tage lang ausschließlich mit Wasserstoff betrieben werden kann.
8. Erzeugung mobiler Energie: Wasserstoff bietet zahlreiche Möglichkeiten zur mobilen Stromerzeugung. Die NASA produzierte einige der ersten Wasserstoffbrennstoffzellen, Raketen und Space Shuttles antreiben im Weltraum.
9. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs): Viele innovative Anwendungen von UAVs (d. h. Drohnen), von Paketzustellung für Such- und Rettungsmissionen, Die Leistung und Reichweite herkömmlicher Batterien sind erheblich eingeschränkt. Sowohl das Militär als auch private Unternehmen wollen diese Probleme daher mit Brennstoffzellen lösen.
10. Boote und U-Boote: Brennstoffzellen werden in einer Vielzahl von Schiffsanwendungen eingesetzt und dienen als Alternative zu Kernkraftwerken. Die Energiebeobachter, das erste Wasserstoffschiff, erzeugte mithilfe von Solarmodulen und Windturbinen an Bord sogar seinen Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem.
Schauen Sie sich auch unseren Blog an: Wasserstoffenergie: Vor- und Nachteile
Woraus bestehen Wasserstoff-Brennstoffzellen?
Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, einer Anode und Kathode, die durch eine Elektrolytmembran getrennt sind. Wasserstoff, Methan, Ethan, Ethanol und andere organische Brennstoffe können in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden. Diese Brennstoffe verbrennen unvollständig und geben als Nebenprodukt Wärme ab. Die meisten dieser Reaktionen sind Redoxreaktionen, die zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie führen und Wasser und Kohlendioxid als Nebenprodukte erzeugen.
Wie funktionieren Wasserstoff-Brennstoffzellen?
Diese Schritte geben einen kurzen Überblick über die Funktionsweise einer Brennstoffzelle:
1. Wasserstoff ist an der Anode eingeführt, und an der Kathode wird Sauerstoff zugeführt.
2. In der Anode werden Wasserstoffatome in Protonen und Elektronen aufgespalten.
3. Strom wird erzeugt wenn Elektronen durch einen Stromkreis geleitet werden, während positiv geladene Protonen durch einen Elektrolyten und eine Membran zur Kathode wandern.
4. Nachdem die Elektronen und Protonen den Stromkreis und die Membran durchquert haben, reagieren sie an der Kathode mit Sauerstoff. Freisetzung von Wärme und Wasser als Nebenprodukt.
5. Da einzelne Brennstoffzellen nicht ausreichen, um entweder ein kleines elektronisches Gerät oder ein riesiges Kraftwerk mit Strom zu versorgen, werden diese Zellen gestapelt, um ausreichend Energie erzeugen für ihren vorgesehenen Zweck.
Siehe auch: Das Wasserstoffzeitalter: Einblicke in die bevorstehende Energiewende in den USA
Vergleich der Effizienz von Wasserstoff-Brennstoffzellen verschiedener Zelltypen
Die Effizienz verschiedene Brennstoffzellentypen sind:
| Brennstoffzellentyp | Wirkungsgrad |
| Alkalische AFC | 60–70 % elektrisch |
| Phosphorsäure (PAFC) | 80–85 % insgesamt mit KWK (Kraft-Wärme-Kopplung); (elektrisch 36–42 %) |
| Geschmolzenes Karbonat (MCFC) | rund 85 % insgesamt mit Kraft-Wärme-Kopplung |
| Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) | rund 85 % insgesamt mit Kraft-Wärme-Kopplung |
| Polymerelektrolytmembran (PEM) | elektrisch 50-60% |
Brennstoffzellen ähneln Batterien, da sie Energie speichern und abgeben können, solange sie mit Wasserstoff versorgt sind. Sie finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter Transport und Stromerzeugung. Wissenschaftler und Ingenieure sollten jedoch die Sicherheitsrisiken im Zusammenhang mit Wasserstoff berücksichtigen. Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website.
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danke für die Info.