Neues Antriebskonzept
Anfang des Jahres habe ich meine Idee, eines neuen Linearkolben Zweitaktmotor, zum Patent angemeldet. Ich möchte damit kein Geld verdienen, sondern der Sinn darin lag, vielleicht mögliche Interessenten zu finden, die an einer Prototypenentwicklung Interesse hätten. Ich habe mein Patent nur für Deutschland angemeldet und muss mich bis zum 23.12.2017 entscheiden ob ich es Weltweit anmelden möchte.
Bei der Entwicklung meines Motors stellte sich heraus, dass er nur mit Wasserstoff funktionieren würde. Das war der Grund, dass ich einen Vergleich der bestehenden Antriebskonzepte einmal durchgeführt habe. Verglichen habe ich das bestehende Verbrennungsmotorantriebskonzept, das batteriegepufferte Elektroantriebskonzept und ein wasserstoffbetriebenes Antriebskonzept.
Die Hauptfragen für mich waren dabei:
Inwieweit lassen sich möglichst viele vorhandene und zukünftige Fahrzeuge umrüsten, so dass sie möglichst wenig die Umwelt belasten (CO2, NOx und Feinstaub).
Was für Kosten entstehen für die Allgemeinheit (Erstellung der notwendigen Infrastruktur).
Was für Entwicklungszeiten müssen eingeplant werden.
Welche Genehmigungszeiten – Ausschreibungszeiten sind dabei zu berücksichtigen.
Was würden diese Fahrzeuge kosten (gibt es da denn noch Fahrzeuge in der Golfpreisklasse).
Das Ergebnis hat mich doch erstaunt.
Ich habe meine Erkenntnisse und auch eine Vorstellung meiner Motoridee auf meiner Homepage
www.hhab-motor.de
zusammengefasst.
Hier eine Zusammenfassung des Ergebnisses:
Elektrofahrzeuge auf Batteriebasis sind nicht geeignet die bestehenden Verbrennungsmotoren zu ersetzen. Sie sind höchstens eine Ergänzung. Der Hauptgrund dafür ist nicht die schlechte Reichweite, sondern die Ladezeit der Batterie. Es dauert zu lange und die benötigte Infrastruktur ist nicht vorhanden und teuer.
Für den Ersatzt von nur 10% aller Verbrennungsmotoren, also 4.506.793 Fahrzeugen, werden 120.000 Schnellladesäulen benötigt, um zu erreichen das jede Ladesäule max. 6 Stunden pro Tag genutzt werden kann.
Weitere Gründe gegen dieses Konzept sind:
Die Reichweite eines Elektrofahrzeugs ist stark temperaturabhängig, im Winter liegt diese ca. 20% geringer als im Sommer.
Das Recyceln der Lithiumbatterien ist noch nicht gelöst.
Ein Elektrofahrzeug mit Speicherbatterie ist zu schwer.
Die Lebensdauer der Batterien ist begrenzt, das bedeutet für den Besitzer, wenn er nach ca. 150.000 km eine neue Batterie einbauen lässt, das er dafür min. 10.000€ bezahlen muss. Auch lassen sich Gebrauchtwagen mit hohen Kilometerstand nicht einfach verkaufen, weil die Batterie nicht mehr lange nutzbar ist. Heute werden viele Gebrauchtfahrzeuge mit hohen Laufleistungen verkauft, das wäre nicht mehr möglich.
Besser wäre es, sich jetzt schon für ein zukunftssicheres Antriebskonzept zu entscheiden. Die notwendigen Entwicklungen für die Einführung und Verwirklichung eines Wasserstoff-Antriebskonzept sind überschaubar und lassen sich zeitnah durchführen. Folgende Komponenten müssen noch zur Serienreife weiterentwickelt werden:
1. Der benötigte Wasserstoffverbrennungsmotor, Idealerweise der HHAB-Verbrennungsmotor, der aus sehr wenigen Teilen besteht und sich takten lässt. Mit diesem Aufbau wäre es möglich, auf eine schwere Pufferbatterie zu verzichten. Der ist aber noch nie gebaut wurden und es könnte sein, das er nicht wie gedacht funktioniert. Als Alternative könnte man den Linearkolbenmotor der Fa. DLR einsetzen oder aber einen konventionellen Verbrennungsmotor auf Wasserstofftechnik umrüsten, wie es die Münchner Firma Keyou bereits tut.
2. Ein Wasserstoffflaschensystem das für ein Flaschenwechselsystem geeignet ist. Dieses Flaschensystem besteht aus einem CFK Schutzgitter, einer 55 Liter Wasserstoffflasche mit 2,1 kg Wasserstoff Inhalt, einem Notabschaltventil, was im Notfall die Flasche verschließt und einem Entnahmeanschlussventil mit einer Anschlusskupplung. Das Ganze muss so entwickelt werden, dass es absolut sicher funktioniert. Also alle Sicherheitsvorrichtung werden doppelt ausgelegt und funktionieren nach verschiedenen Kriterien und werden nach jeder Nutzung und während der Nutzung überprüft (Flugzeugsicherheitsprinzip). Einen möglichen Lösungsansatz stelle ich hier auf meiner Homepage vor.
3. Eine Tankstelleninfrastruktur. Einen möglichen Lösungsansatz stelle ich hier auf meiner Homepage vor.
Über interessante Kommentare würde ich mch sehr freuen
Beste Antwort im Thema
energiehungrige SUVs geraten in den nächasten jahren zum glück wieder ausser mode. der trend geht dann eindeutig zu baustellenfahrzeugen. hoffentlich gibt es kein verkehrschaos vor den schulen wenn helikoptermütter ihren narzistischen nachwuchs mit dem bmw-bagger bis vor das klassenzimmer karren wollen.😁
zurück zum thema....
91 Antworten
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 4. Dezember 2017 um 19:36:06 Uhr:
Reiner Wasserstoff ist aus Elektrolyse technisch kein Problem, was anderes kommt da nämlich nicht raus. Ist also kein wirkliches Argument, vorallem wenn ein Brennstoffzellenantrieb weniger als die Hälfte des Wasserstoffs für die gleiche Strecke braucht. Spätestens da endet die Diskussion.Grüße,
Zeph
Natürlich kommt bei der Elektrolyse von Wasser noch etwas anderes heraus, nämlich Sauerstoff. Der ist aber weniger schädlich als CO2 oder NOx.
Zitat:
@ortler schrieb am 12. Dezember 2017 um 22:18:26 Uhr:
Hallo Horst_Martin,
die Frage der Energiegewinnung stellt sich nicht. Z.Zt. werden in SH ständig zig Windräder abgestellt, weil der Strom nicht an den Verbraucher geleitet werden kann. Strom in verbrauchsarmen Zeiten nicht gespeichert werden kann.
Noch ist die Abregelung kein Problem: https://www.schleswig-holstein.de/.../abregelungStrom.pdf?...
2015 waren es 3 TWh in Schleswig-Holstein, was bei 600 TWh Jahresbedarf in DE kein echtes Thema ist - ein halber Prozentpunkt. Der geringer ausfallen würde, wenn wir nicht unsere Braunkohlekraftwerke auf Vollgas durchlaufen lassen würden. Die sind so billig, dass "rechtzeitig abregeln und nicht rechtzeitig wieder hochfahren" teurer ist als durchlaufen lassen und etwas Strom verschenken.
Und so lange etwa 10% des Europäischen Erdgasverbrauchs alleine in die Herstellung von Wasserstoff für Ammoniak (Dünger) geht, brauchst du dir um einen Abnehmer / Speicher für Wasserstoff keine Gedanken machen.
Zitat:
@Alfred48 schrieb am 13. Dezember 2017 um 09:19:58 Uhr:
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 4. Dezember 2017 um 19:36:06 Uhr:
Reiner Wasserstoff ist aus Elektrolyse technisch kein Problem, was anderes kommt da nämlich nicht raus. Ist also kein wirkliches Argument, vorallem wenn ein Brennstoffzellenantrieb weniger als die Hälfte des Wasserstoffs für die gleiche Strecke braucht. Spätestens da endet die Diskussion.Grüße,
ZephNatürlich kommt bei der Elektrolyse von Wasser noch etwas anderes heraus, nämlich Sauerstoff. Der ist aber weniger schädlich als CO2 oder NOx.
Ja, das ist richtig. Nur kosten eine Brennstoffzelle nur über 40.000 € (in 2025 auch noch wahrscheinlich deutlich über 8000 €), also ist sie keine oder noch keine alternative Antriebsquelle. Keyou baut heute schon normale Motoren, die für den Betrieb mit Wasserstoff geeignet sind, Diese Motoren brauchen auch keinen super reinen Wasserstoff, dass sie funktionieren. Ich brauche leider noch ein paar Tage bis ich meine Konzeptidee zusammengestellt habe.
Der Optimismus der Keyou Leute ist ja bewundernswert: https://www.keyou.de/
Dass BMW und MAN die Entwicklung unüberlegt aufgegeben haben glaube ich allerding auch nicht.
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Das ist alles sehr interessant.
Ich habe dazu eine nebensächliche Frage (84, bin zu lange "raus"😉:
Wieviel Energie (kWh) ist erforderlich, um eine 55-Literflasche mit 700 bar Wasserstoff zu füllen?
55 Liter sind bei 700 bar effektiv 38.500 Liter. Also bei ca 25l/mol sind das 1540 mol bzw. 3.08 Kilogramm. Was bei einem Brennwert von 245 kj/mol (gasförmig wg. Wasserdampf) gerade 100 chemisch gebundene kWh sind. Also das Equivalent von 12l Benzin. Würde eine Brennstoffzelle 60% statt den 40% eines Hubkolbenmotors erreichen, ersetzen diese 55 liter/700 bar gerade mal einen aufgerundet 20l Benzin/Ethanol/Methanoltank.
Betanken selbst muss man je nach Konzept rechnen. Die Kompression verläuft erst mal adiabat, das Zeug wird sauheiß und die Hitze musst du abführen. Verlust oder kannst du die irgendwo sinnig einspeisen? Grundlagen und Gleichungen unter http://www.energie.ch/gasgleichungen
Vielen Dank GaryK.
Außerdem:
Die Erzeugung von 700 bar kann m.E. nur - in mehreren Stufen -
mit langhubigen Kolbenkompressoren - mit Toträumen nahe Null -
und Zwischenkühlung erfolgen,
was sehr verlustreich ist.
Es ergibt sich die Frage, wie hoch ist der Gesamtwirkungsgrad dieses Systems,
von der Gewinnung des Wasserstoffs bis zu dessen Nutzung?
Also das Aufpumpen des Wasserstoffs auf 700 bar funktioniert an den Wassserstofftankstellen bereits, das ist kein Problem:
http://h2.live/
https://www.omv.at/.../Wasserstoff
Wieviel Energie das braucht bin ich überfragt.
Auch mit der Temperatur dürfte es kein Problem sein, da der Wasserstoff an den Tankstellen meines Wissens, bei sehr niedrigen Temperaturen flüsssig gelagert wird, und auch das verdunstete Gas das abgepumpt wird noch sehr kalt ist.
Auch Prototypen-Fahrzeuge mit Brennstoffzellen und Tanks für 700 bar gibt es bereits.
Das ganze ist bereits eine durchaus funktionierende Technologie. Nur wird es von der Fahrzeugindustrie nicht wirklich betrieben, was vor allem wirtschaftliche Gründe haben dürfte.
Zitat:
@WQ33 schrieb am 14. Dezember 2017 um 09:03:51 Uhr:
Es ergibt sich die Frage, wie hoch ist der Gesamtwirkungsgrad dieses Systems,
von der Gewinnung des Wasserstoffs bis zu dessen Nutzung?
Wasserstoff-Elektrolyse: 80%
Wasserstoff-Lagerung (Hochdruck oder Verflüssigung): 90%
Dh lagern kann ich vom aufgewendeten Strom etwa 72%. Jetzt gibt's verschiedene Wege die man gehen kann:
Brennstoffzellen-Auto:
Brennstoffzelle: 60%
Wechselrichter: 90%
E-Motor: 90%
Damit kommen an den Rädern noch gerade 35% der anfangs aufgewendeten Energie an.
Wasserstoff-Verbrenner-Auto:
Wasserstoff-Verbrenner: 25% (im Mittel, Bestpunkt wird irgendwo bei 40% sein)
Getriebe: 90%
Damit kommen an den Rädern noch 16% der anfangs aufgewendeten Energie an. Gerade mal die Hälfte dessen, was man mit einem Brennstoffzellen-Auto erreicht.
Zum Vergleich ein BEV (Elektroauto mit Akku):
Leitungsverluste: 5% (also 95% der Energie kommen am Auto an!)
Ladewirkungsgrad: 90%
Wechselrichter: 90%
E-Motor: 90%
Bleiben für die Räder noch 70%.
In Reichweite umgerechnet kannst du mit 100kWh primärer elektrischer Energie also entweder 390km mit einem BEV, 195km mit einem FCEV oder 90km mit einem Wasserstoff-Verbrenner fahren...
Grüße,
Zeph
Also wie gesagt die Technologie ist überhaupt kein Thema:
https://www.youtube.com/watch?v=MKFAN8-T13I
Es ist nur die Frage ob es wirtschaftlich ist bzw. ob es sich lohnt.
In dem Video fährt auch so ein Prototyp herum.
Ich hatte vor einigen Jahren sogar die Gelegenheit mit einem solchen Prototypen mitzufahren.
Fährt sich wie ein Elektroauto.
Hier auch:
https://www.youtube.com/watch?v=jBF427n9-zI
Es ist nur die Frage ob man das Ausbauen will und ob es sich lohnt.
Wäre das wirtschaftliuch wäre das längst am Weg. Das Video ist aus 2014.
Zitat:
@Zephyroth schrieb am 14. Dezember 2017 um 12:28:06 Uhr:
Wasserstoff-Elektrolyse: 80%
Wasserstoff-Lagerung (Hochdruck oder Verflüssigung): 90%
Die Wasserstoff-Elektrolyse TECHNISCH läuft aktuell bei ca 66-72% je nach Auslegung. Ziehst du den Wirkungsgrad über eine abgesenkte Stromdichte auf 80% hoch (83% Grenzwirkungsgrad), fressen dich die Kapitalkosten der Elektrolysatoren auf. 10% Verlust ist zu wenig - https://de.wikipedia.org/.../Wasserstoffspeicherung?... ... die sagen 12%. Halte ich bei kleinen Kompressoren für optimistisch, bei Großanlagen ja, wird gehen.
Strom H2 verliert bereits haushoch gegen ein BEV. Von Strom H2 zu Methan (wie von Audi mit G-Tron beworben) wirds energetisch ne Katastrophe.
PS/Edit: Wechselrichter sehe ich eher bei 95-97%, nicht bei 90%. 16-19 kWh/100km für ein BEV sind ab Steckdose incl. aller Verluste.
@Gary,
von der Braunkohle wollen wir doch weg, wie insges. von fossilen Energieträgern, aus Umweltgründen und wg. der Endlichkeit. Die verlinkten Infos sind sehr umfangreich, sodass ich mir eine komprimiertere Darstellung der Kenndaten wünschte.
Die Dichte der Windparks in SH steht im Missverhältnis zum Anteil am Ges. Bedarf. Der simplen Elektrolyse steht offensichtlich eine aufwendigere Speicherund gegenüber.
Das ist das Problem der Windkraft und mit kleinen Einschränkungen auch Solar: Speicher, die diese Energie ausreichend Puffern gibts nicht. Würde man die bauen, wären Erneuerbare noch teurer. Weite Teile unseres Kraftwerksparks stammen in der Planung aus den 70er und 80er Jahren, damals waren ganz andere (kleinere) Gradienten im Netz vertreten. Diese Gradienten sind leider entscheidend bei der Auslegung der Kondensatoren.
Wenn du von Fossilen weg willst, viel Spass beim Bau von Speichern. Aktuell marktreif wäre lediglich CAES als Kombination von Wind und Biogas. Beides in SH massenhaft vertreten. Redox Flow Speicher brauchen sicher noch 10 Jahre. Das Geld, was wir politisch in Solarstrom geschoben haben, wäre in Speichertechniken weit sinnvoller investiert gewesen. Wollte damals keiner hören.
Um zum Thema zurückzukommen: Die H2 Brennstoffzelle sehe ich auch in 20 Jahren noch nicht. Weil Batterien (gerade wenn Hochstrom-Zellen kommen) kaum zu schlagen sind und die Masse des Kurzstreckenverkehrs abdecken. Langstrecke kann man dann immer noch per Range Extender mit Bioethanol oder Gas fahren.
Ganz nebenbei.
Ist eigentlich ganz interessant wie sich die Dinge derzeit verändern. Denn im Prinzip hat sich ja in den letzten 100 Jahren, zumindest was die Dominanz des Verbrennungsmotors betrifft, kaum etwas geändert.
Eigentlich eine Veränderung wie sie vorher nur von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor stattgefunden hat.
Eine ähnliche Entwicklung war auch bei der Fotografie, wo der Film nach mehr als 100 Jahren duch den digitalen Sensor abgelöst wurde.
Hallo erst mal. E. Mobile werden sich durchsetzten ob mit Akku als Speicher werden wir sehen. Grundsätzlich muss sich die Gesellschaft ändern um kurze Reichweite und lange Tank-Zeiten zu akzeptieren . (Ende der Leistungsgesellschaft?)
Man muss auch nicht unbedingt mit einem E-Mobil in 3,8sec auf 100km/h beschleunigen können. Kleinere Motoren so um die 10Kw mit stufenlose Getriebe würden ausreichen. Was die Reichweite erhöht.
Ich hatte in meiner vergangenen Firma einen Stabler der fuhr fast ganze zwei Wochen (in etwa 130Km) mit 3,5t Eigengewicht und Zu Landungen um ca 500 Kg bis 3to. Mit einer alten 800 Kg Batterie die schon 16 Jahre alt ist. Das Baujahr des Stablers war 1978. Mit heutiger Technik wenn gewollt müsste derzeit locker 700 Km Reichweite drin sein nur die Öl Industrie will nicht.