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 Vertriebsorganisationen setzen auf diese Brennstoffzellen, um saubere Lkw, Gabelstapler, Hubwagen und andere Geräte anzutreiben.
2. Internationale Verteilung: Brennstoffzellen bieten die Reichweite und Leistung, die für den Fernverkehr und die lokale Verteilung erforderlich sind. Die Automobilindustrie produziert bereits wasserstoffbetriebene Lkw und Transporter.
3. Busse: Wasserstoffantrieb wird für den Einsatz in verschiedenen öffentlichen Verkehrsmitteln erforscht, darunter auch Brennstoffzellenbusse. Mehrere Großstädte, darunter Chicago, Vancouver, London und Peking, haben bereits mit wasserstoffbetriebenen Bussen experimentiert.
Querverweis: Brennstoffzellen-Elektrobusse für emissionsfreien öffentlichen Nahverkehr
4. Züge: Wasserstoff-Brennstoffzellenzüge sind mittlerweile in den meisten entwickelten Ländern angekommen.
5. Privatfahrzeuge: Große Automobilhersteller arbeiten an Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen (HFCEVs) für den persönlichen Gebrauch. Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo und BMW i Hydrogen Next gehören zu den bekanntesten Modellen.
6. Luftfahrt: In mehreren experimentellen Projekten wurde der Einsatz dieser Brennstoffzellen in der Luft- und Raumfahrt untersucht. Die unbemannten Langstreckenfahrzeuge nutzten ein Hybridsystem mit Brennstoffzellen , die durch Solaranlagen mit Strom versorgt wurden und so theoretisch unbegrenzte, kontinuierliche Flüge bei Tag und Nacht ermöglichten.
Querverweis: Könnten wasserstoffbetriebene Flüge bis 2035 Realität werden?
7. Erzeugung von Notstrom: Stationäre Brennstoffzellen werden in unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen (USV) eingesetzt , wo kontinuierliche Verfügbarkeit wichtig ist. Krankenhäuser und Rechenzentren nutzen zunehmend Wasserstoff für die unterbrechungsfreie Stromversorgung. Er kann auch als Notstromaggregat dienen, wodurch der Server eines Rechenzentrums zwei Tage lang ausschließlich mit Wasserstoff betrieben werden kann.
8. Mobile Energieerzeugung: Wasserstoff bietet zahlreiche Möglichkeiten zur mobilen Energieerzeugung. Die NASA entwickelte einige der ersten Wasserstoff-Brennstoffzellen, um Raketen und Raumfähren im Weltraum anzutreiben.
9. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs): Viele innovative Anwendungen von UAVs (d. h. Drohnen), von der Paketzustellung bis hin zu Such- und Rettungsmissionen, werden durch die Leistung und Reichweite herkömmlicher Batterien stark eingeschränkt. Daher wollen sowohl das Militär als auch private Unternehmen diese Probleme mit Brennstoffzellen lösen.
10. Boote und U-Boote: Brennstoffzellen werden in verschiedenen maritimen Anwendungen eingesetzt und dienen als Alternative zu Kernkraftwerken. Die Energy Observer , das erste Wasserstoffschiff, erzeugte ihren Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem sogar mithilfe von bordeigenen Solarzellen und Windkraftanlagen.
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Woraus bestehen Wasserstoff-Brennstoffzellen?
Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, einer Anode und einer Kathode, die durch eine Elektrolytmembran getrennt sind. Wasserstoff, Methan, Ethan, Ethanol und andere organische Brennstoffe können in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung genutzt werden. Diese Brennstoffe verbrennen unvollständig und setzen dabei Wärme frei. Die meisten dieser Reaktionen sind Redoxreaktionen, bei denen chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird und Wasser sowie Kohlendioxid als Nebenprodukte entstehen.
Wie funktionieren Wasserstoff-Brennstoffzellen?
Diese Schritte geben einen kurzen Überblick über die Funktionsweise einer Brennstoffzelle:
1. An der Anode wird Wasserstoff zugeführt, an der Kathode Sauerstoff.
2. In der Anode werden Wasserstoffatome in Protonen und Elektronen aufgespalten.
3. Elektrizität wird erzeugt , wenn Elektronen durch einen Stromkreis getrieben 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 durchlaufen haben, reagieren sie an der Kathode mit Sauerstoff, wobei Wärme und Wasser als Nebenprodukt freigesetzt werden.
5. Da einzelne Brennstoffzellen weder für den Betrieb eines einfachen elektronischen Geräts noch für den Betrieb eines großen Kraftwerks ausreichen, werden diese Zellen gestapelt, um ausreichend Energie für ihren vorgesehenen Zweck zu erzeugen.
Siehe auch: Das Wasserstoffzeitalter: Einblicke in die bevorstehende Energiewende in den USA
Vergleich der Effizienz von Wasserstoff-Brennstoffzellen verschiedener Zelltypen
Die Wirkungsgrade verschiedener 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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1 Kommentar
danke für die Info.