Wasserstoffverbrennungsmotor
Wie schon im Titel zu sehen, geht es um den Wasserstoffverbrennungsmotor. Ich frage mich schon länger, wieso genannter Motor bisher doch eher weniger Aufmerksamkeit bekommen hat, bis auf BMW früher und ein Unternehmen aus Bayern welches sich mit Nutzfahrzeugen befasst.
Ich weiß, dass es nicht so einfach sein wird, wie Ich es mir Vorstelle, aber was sind die wirklichen Probleme? Abgesehen von Tankstellen, welche in Zukunft eh wegen der Brennstoffzelle mehr werden.
LG
Beste Antwort im Thema
Zitat:
@Idc schrieb am 28. November 2018 um 21:55:04 Uhr:
...aber was sind die wirklichen Probleme? Abgesehen von Tankstellen, welche in Zukunft eh wegen der Brennstoffzelle mehr werden.
Wasserstoff hat im Vergleich zu vielen Kohlenwasserstoffen eine niedrige Verbrennungsenthalpie und damit eine niedrige volumenbezogene Energiedichte (ca. 1/3 von Erdgas). Das erfordert zum Speichern äquivalenter Energiemengen einen dreimal so großen Tank oder einen dreimal so hohen Druck wie für Erdgas. Auf Grund der geringen Molare Masse ergibt sich jedoch eine vergleichsweise hohe massenbezogene Energiedichte (z. B. mehr als die doppelte massenbezogene Energiedichte von Erdgas).
Durch seine geringe Molekülgröße diffundiert Wasserstoff relativ gut durch eine Vielzahl von Materialien, sodass viele Materialien für die Tankhülle ungeeignet sind. Durch hohe Temperaturen und hohen Innendruck wird der Diffusionsprozess verstärkt. Durch Wasserstoffversprödung werden metallische Tankhüllen zusätzlich belastet. Bei Hüllen aus Kunststoff tritt dieser Effekt nicht auf.
Bei der kryogenen Wasserstoffverflüssigung kommt es durch unvermeidbare thermische Isolationsverluste zum Verdampfen/Ausgasen. Kann dieses entstehende Wasserstoffgas nicht genutzt werden, entstehen erhebliche Verluste. Beispielsweise leert sich der halbvolle Flüssigwasserstofftank des BMW Hydrogen7 bei Nichtbenutzung in 9 Tagen.
Nicht nur zur Herstellung von Wasserstoff, sondern auch zur Speicherung werden große Energiemengen benötigt (Kompression ca. 12 %, Verflüssigung ca. 20 %). Daher ist die Wasserstoffspeicherung trotz vieler Vorteile derzeit oftmals unwirtschaftlich.
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Methan hat den Vorteil der höheren Energiedichte, gleichzeitig kannst du es aber nicht in einer Brennstoffzelle verwenden sondern klassisch in einem Verbrennungsmotor. Das nimmt dir wieder Reichweite.
Die Herstellung von Methan aus Wasserstoff setzt hier nochmal mit einem mittelmässigen Wirkungsgrad an und der Verbrennungsmotor tut sein übriges. Ausserdem hast du wieder ein Fahrzeug das CO2 und potentiell Schadstoffe emitiert.
Ich sehe auch nicht warum jemand Zuhause einen 700bar Kompressor und einen Drucktank rumstehen haben sollte um sein Auto von der "Leitung" zu betanken. Macht heute auch keiner mit einem Erdgasauto. Und so wirklich weit verbreitet ist die Erdgasinfrastruktur auch nicht. Sie versorgt in Deutschland gerade mal 11Mio Kunden. D.h. ein Großteil der Kunden wäre weiterhin auf Tankstellen angewiesen.
Sehe daher Erdgas als Sackgasse an, es hat nur den "Charme" das man weiterhin Verbrennungsmotoren einsetzen kann.
Grüße
Alexander
Zitat:
@Destructor schrieb am 29. November 2018 um 23:33:51 Uhr:
Die Herstellung von Methan aus Wasserstoff setzt hier nochmal mit einem mittelmässigen Wirkungsgrad an und der Verbrennungsmotor tut sein übriges.
Der Wirkungsgrad ist in dem Fall jedoch zweitrangig, da es dabei nur darum geht, Stromüberschuss langfristig einfach speichern und verwerten zu können. Das muss sich nichtmal nur auf Fahrzeuge beschränken, sondern betrifft vorallem auch die Versorgung von Gebäuden mit Strom und Wärme.
Zitat:
Ich sehe auch nicht warum jemand Zuhause einen 700bar Kompressor und einen Drucktank rumstehen haben sollte um sein Auto von der "Leitung" zu betanken. Macht heute auch keiner mit einem Erdgasauto.
Zum einen bräuchtest du für Methan keinen 700 bar Kompressor, zum anderen ist die Heimbetankung nur eine Möglichkeit, kein muss.
Zitat:
Und so wirklich weit verbreitet ist die Erdgasinfrastruktur auch nicht. Sie versorgt in Deutschland gerade mal 11Mio Kunden. D.h. ein Großteil der Kunden wäre weiterhin auf Tankstellen angewiesen.
Was bei der Tankdauer kein wirkliches Problem darstellt. Die Anzahl der Kunden hängt zudem stark von der Art des Angebots ab. Viel interessanter ist dabei der Punkt, dass in sehr vielen Dörfern und eigentlich jeder größeren Stadt ausreichend Anschlüsse vorhanden sind.
Was man nicht vergessen sollte ist die Tatsache, dass Methan so oder so im normalen Tagesgeschäft anfällt und entsprechend auch genutzt werden sollte. Stellenweise wird dies ja schon gemacht. Wenn diese Infrastruktur mit Überschussstrom versorgt, sehe ich da kein wirkliches Problem für die Zukunft.
Zitat:
@FWebe schrieb am 29. November 2018 um 23:52:06 Uhr:
Der Wirkungsgrad ist in dem Fall jedoch zweitrangig, da es dabei nur darum geht, Stromüberschuss langfristig einfach speichern und verwerten zu können. Das muss sich nichtmal nur auf Fahrzeuge beschränken, sondern betrifft vorallem auch die Versorgung von Gebäuden mit Strom und Wärme.
Einfacher zu Speichern geht es eben mit Wasserstoff. Du sparst dir einen Verarbeitungsschritt und hast nahezu die gleiche nutzbare Menge Energie gespeichert.
Zusätzlich eben die weiteren Vorteile Wasserstoff emissionsfrei weiter verwenden zu können.
Wenn ich Erdgas für Strom und Wärme verwenden will brauche ich ein BHKW im Keller, da das die wenigstens haben muss hier auch erst nachgerüstet werden.
Inzwischen gibt es schon von vielen Herstellern Brennstoffzellenheizungen die Wasserstoff und auch Erdgas (wird erst durch einen Reformer geschickt) verwenden können. Die Kisten haben selbst im Ergas Betrieb einen wesentlich besseren Wirkungsgrad für Strom als BHKWs.
Zitat:
@FWebe schrieb am 29. November 2018 um 23:52:06 Uhr:
Zum einen bräuchtest du für Methan keinen 700 bar Kompressor, zum anderen ist die Heimbetankung nur eine Möglichkeit, kein muss.
Wenn ich mien Fahrzeug betanken will brauche ich eben schon einen solchen Kompressor.
Aus der Leitung kommt das Gas i.d.R. nahezu drucklos.
Warum Methan statt Wasserstoff im Auto wenn ich dann doch nicht das Erdgasnetz nutzen kann?
Zitat:
@FWebe schrieb am 29. November 2018 um 23:52:06 Uhr:
Was bei der Tankdauer kein wirkliches Problem darstellt. Die Anzahl der Kunden hängt zudem stark von der Art des Angebots ab. Viel interessanter ist dabei der Punkt, dass in sehr vielen Dörfern und eigentlich jeder größeren Stadt ausreichend Anschlüsse vorhanden sind.
In den meisten Dörfern die ich kenne gibt es keinerlei Erdgas Anschluss. Hängt aber wohl auch von der Region ab. Es ist aber nur ein geringer Aufwand an Tankstellen zusätzlich zu Super 95, E10, Super Plus, Diesel, LPG, CNG, Ad-Blue auch Wasserstoff anzubieten. Gibts ja inzwischen an ein paar Tankstellen in Deutschland.
Zitat:
@FWebe schrieb am 29. November 2018 um 23:52:06 Uhr:
Was man nicht vergessen sollte ist die Tatsache, dass Methan so oder so im normalen Tagesgeschäft anfällt und entsprechend auch genutzt werden sollte. Stellenweise wird dies ja schon gemacht. Wenn diese Infrastruktur mit Überschussstrom versorgt, sehe ich da kein wirkliches Problem für die Zukunft.
Welches Tagesgeschäft meinst du im speziellen?
Ich denke das uns allzubald nicht die Verwendungsmöglichkeiten für Methan ausgehen, auch wenn wir damit nicht unsere Autos betanken.
Grüße
Alexander
Mal zur Reichweite von Brennstoffzellen-Autos
Der Hyundai Nexo (Karbontanks mit 6,5 kg Inhalt bei 700bar) wird mit rund 660km nach WLTP angegeben.
lt. Hyundai dürften auf die Tanks auch 800bar. Dann wär noch mehr Reichweite drin.
Zitat:
@FWebe schrieb am 29. November 2018 um 23:52:06 Uhr:
Zitat:
@Destructor schrieb am 29. November 2018 um 23:33:51 Uhr:
Die Herstellung von Methan aus Wasserstoff setzt hier nochmal mit einem mittelmässigen Wirkungsgrad an und der Verbrennungsmotor tut sein übriges.
Der Wirkungsgrad ist in dem Fall jedoch zweitrangig, da es dabei nur darum geht, Stromüberschuss langfristig einfach speichern und verwerten zu können. Das muss sich nichtmal nur auf Fahrzeuge beschränken, sondern betrifft vorallem auch die Versorgung von Gebäuden mit Strom und Wärme.
....
Da könnte die vorhandene Infrastruktur weitergenutzt werden. Erdgasleitungen liegen in vielen Gegenden bereits, auch bis als Hausanschluss.
Und das auch nur mit Methan. Für reinen Wasserstoff müsste erst mal eine parallelinfrastruktur aufbauen welche sicher nicht ganz billig sein dürfte. Zudem, wenn sich das hier bewahrheitet
https://www.industr.com/de/prozent-wirkungsgrad-sind-moeglich-2322328 und der Wirkungsgrad für Methan bei 80 % liegen wird, ist aufgrund der höheren verdichtungsverluste beim H2 vom Strom bis zum Tank dann nicht mehr viel Benefit zu erwarten. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle scheint zwar attraktiv ggü einem verbrenner, aber ein monovalenter CNG verbrenner mit abgawärmenutzung dürfte das auch schaffen.
Also in Summe, ich würde nicht auf H2 setzen, gerade weil man Methan auch aus anderen Prozessen gewinnt, Stichwort Biogas. Etwas vergleichbares für H2 wäre mir nicht bekannt.
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 3. Dezember 2018 um 22:20:35 Uhr:
Und das auch nur mit Methan. Für reinen Wasserstoff müsste erst mal eine parallelinfrastruktur aufbauen welche sicher nicht ganz billig sein dürfte.
Eine Einspeisung von Wasserstoff in das Erdgasnetz ist heute schon bis zu 10% erlaubt.
Mehr wäre theoretisch kein Problem, man könnte dafür also die vorhandere Infrastruktur erstmal weiterverwenden.
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 3. Dezember 2018 um 22:20:35 Uhr:
Zudem, wenn sich das hier bewahrheitet
https://www.industr.com/de/prozent-wirkungsgrad-sind-moeglich-2322328 und der Wirkungsgrad für Methan bei 80 % liegen wird, ist aufgrund der höheren verdichtungsverluste beim H2 vom Strom bis zum Tank dann nicht mehr viel Benefit zu erwarten.
Der Wirkungsgrad der Elektrolyse liegt heute schon bei 70%. Das was immer gefressen hat was die Methanisierung, wenn man das jetzt quasi umsonst hinbekommt ist das sehr interessant.
Wenn ich damit aber fahren möchte muss ich es in jedem Fall komprimieren, egal ob CH4 oder H2, da fallen also die gleichen Verluste an.
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 3. Dezember 2018 um 22:20:35 Uhr:
Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle scheint zwar attraktiv ggü einem verbrenner, aber ein monovalenter CNG verbrenner mit abgawärmenutzung dürfte das auch schaffen.
Also in Summe, ich würde nicht auf H2 setzen, gerade weil man Methan auch aus anderen Prozessen gewinnt, Stichwort Biogas. Etwas vergleichbares für H2 wäre mir nicht bekannt.
Nie im Leben. Google mal Carnot Wirkungsgrad, da ist nicht mehr viel Luft nach oben.
Eine gut dimensionierte Brennstoffzelle macht locker 80% Bestpunkt, für einen Verbrennungsmotor dürfte spätestens bei 50% die Luft verdammt dünn werden.
Auch die Abwärme einer Brennstoffzelle kann genutzt werden, das Temperaturniveau einer PEM ist zwar niedriger als bei einem Verbrennungsmotor, mit ca. 70-80°C aber immernoch ausreichend.
Grüße
Alexander
Zitat:
@Destructor schrieb am 3. Dezember 2018 um 23:43:05 Uhr:
Eine Einspeisung von Wasserstoff in das Erdgasnetz ist heute schon bis zu 10% erlaubt.
Mehr wäre theoretisch kein Problem, man könnte dafür also die vorhandere Infrastruktur erstmal weiterverwenden.
Es wäre für die Verbraucher die Dranhängen ein Problem. Da kann man nicht einfach kontinuierlich den H2 Anteil hochschrauben. Auch wenn man zwar erst mal beimengen könnte, am ENde muss es einen Cut geben und ohne 2. Netz kann ich mir nicht vorstellen, wie das parktisch funktionieren soll.
Und ob das Netz, so wie es jetzt ist wirklich reines H2 geeignet ist mit den gleichen Speichervelusten kann ich kaum glauben.
Zitat:
Der Wirkungsgrad der Elektrolyse liegt heute schon bei 70%. Das was immer gefressen hat was die Methanisierung, wenn man das jetzt quasi umsonst hinbekommt ist das sehr interessant.
Wenn ich damit aber fahren möchte muss ich es in jedem Fall komprimieren, egal ob CH4 oder H2, da fallen also die gleichen Verluste an.
Die reine Elektrolyse scheint bei dem Verfahren sogar bei ca. 90% zu liegen, die dazu nötige Wärme fällt von der Methanisierung ab. Und beim "laden" in den Tank fällt eben aufgrund der höheren volumetrischen Energiedichte von CH4 an der Stelle weniger Verlust an so dass man, wenn man die Kette bis zum Punkt "Energie in Tank" ungefähr aufs gleiche kommt. Statt 12% Verlust wie beim H2 Tanken mit 700bar, bekommt man die gleiche Energiemenge in den Tank, wenn man CH4 mit ca 200-300bar in den gleichen Tank presst wodurch deutlich weniger Verluste anfallen.
Zitat:
Nie im Leben. Google mal Carnot Wirkungsgrad, da ist nicht mehr viel Luft nach oben.
Eine gut dimensionierte Brennstoffzelle macht locker 80% Bestpunkt, für einen Verbrennungsmotor dürfte spätestens bei 50% die Luft verdammt dünn werden.
Auch die Abwärme einer Brennstoffzelle kann genutzt werden, das Temperaturniveau einer PEM ist zwar niedriger als bei einem Verbrennungsmotor, mit ca. 70-80°C aber immernoch ausreichend.Grüße
Alexander
Für den reinen Verbrennungsprozess hast du recht, deswegen Abwärmenutzung mit z.B solchen Systemen:
https://www.stern.de/.../...on-bmw-nichts-als-heisse-luft-3599378.htmlIch denke damit wären auch 60% drin, wenn wir mal die Inneraumheizung im Winter ignorieren (das wäre dann ggf. im Vergleich zu einem BEV interessant).
Die Werte von Brennstoffzellen für den mobilen Einsatz hätte ich auch dort verortet allerdings habe ich mich das letzte mal vor 10 Jahren intensiv mit Brennstoffzellen beschäftigt, kann natürlich sein, das man da mittlerweile weiter ist.
Am einfachsten zu handhaben ist flüssiger Brennstoff und die ganze Infrastruktur vorhanden.
Wenn es also gelänge aus Strom flüssigen Brennstoff zu machen dann wäre das vielleicht die Lösung schlechthin.
Und wenn man den Strom aus erneuerbarer Energie gewinnen könnte dann könnte man selbst in Mitteleuropa den Erdölimport drastisch reduzieren.
Flüssiger Brennstoff wäre auch für den Winter problemlos lagerbar.
Klar, flüssig wäre noch besser aber eben mit weiteren Verlusten behaftet, zumindest wenn man Strom als Grundlage nimmt.
Sicher werden flüssige Kraftstoffe verfügbar sein, einfach weil gewisse Anwendungen kaum anders funktionieren (Flugzeugverkehr und Militär werden wohl kaum auf CNG H2 oder Akku umstellen können und wollen) aber da könnten sich auch andere Quelle erschließen. Algen z.B. können wohl 10 mal mehr Ertrag pro flächeneinheit wie z.B. Mais bringen und liefern ziemlich direkt flüssige Kraftstoffe, die Anlagen sind aber derzeit wohl noch nicht wirtschaftlich und die Aussicht ist nicht rosig. Abschreiben würde ich aber auch das nicht, es sind viele Wege denkbar und wie so oft liegt das Optimum wahrscheinlich im Mix.
Lagerbar im Winter ist CNG aber natürlich auch sonst würde unser erdgasnetz ja nicht funktionieren😉
Speichern von Wasserstoff, drucklos. Für den interessierten Leser:
https://edison.handelsblatt.com/.../20361098.html?...
Scheint aber keine besonders guten Wirkungsgrad zu haben, auch wenn leider kein Zahl im Text genannt wird. Nicht das man dafür auch direkt methanol herstellen kann.
Edit:In diesem Artikel
https://www.ingenieur.de/.../
Scheint man in Kombination mit einem verbrenner zumindest mal das wieder herauslösen des H2 effizienter gestalten zu können. Am Ende muss man mal sehen, was in Bezug auf Wirkungsgrad, kosten und händelbarkeit den besten Kompromiss bietet.
Wasserstoff an sich ist als Energiespeicher mit Sicherheit die Variante die bei der Elektromobiliät vorzuziehen ist. Einfache Produktion, Bevorratung und ein schneller Tankvorgang bei normalen Reichweiten. Das Gewicht der Tanks ist auch nicht exorbitant.
Dem gegenüber stehen schwere Batterien, lange Ladezeiten und kurze Reichweiten. Die Sondermüllproblematik mal gar nicht betrachtet.
Verbrennungsmotoren für Wasserstoff sind überholt. Funktionieren, sind aber im Vergleich zu Brennstoffzellen ineffizient.
Brennstoffzellen haben einen hohen Wirkungsgrad und der gesamte Antriebsstrang ist sehr einfach (E-Antrieb). In Brennstoffzellen könnte man übrigens auch Methan verbrennen.
Methan kann man übrigens synthetisch herstellen. Einfach ein bissi CO2 (das böse Zeug das wir ausatmen und die Planzen zum Leben brauchen) mit Wasserstoff reduzieren und .... man könnte dieses Wundergas (Methan) sogar theroretisch über ein Rohrleitungsnetz verteilen. Oder in Drucktanks füllen zum Autofahren .... ohhh ... gibts ja schon!
Aber die Politik fördert eine Todgeburt! Jeder Techniker greift sich auf den Kopf wenn er den Quatsch sieht der aktuell prodziert wird. Ladesäulen, fahrende Akkus (die übrigens brandgefährlich sind) und Oberleitungen auf Autobahnen.
Es geht hier um den Wasserstoffverbrennungsmotor, nicht um irgendwelche Wirkungsgrade der Treibstofferzeugung oder ob Methan- oder Batterieautos besser sind.
Welche technischen Probleme der Motor hat, wurde schon beschrieben. Daß diese Technik out ist, liegt daran, daß der Wirkungsgrad des Wasserstoffverbrennungsmotors schlechter ist als der eines Brennstoffzellenantriebs und zweitens werden wegen der heißen Verbrennung Schademissionen erzeugt.
Die Verbrennungstemperatur von Wasserstofff in der Brennstoffzelle ist so niedrig, daß außer Wasser keine Emissionen entstehen
Die Technologie von BMW war sowohl bei der Wasserstoffspeicherung als auch beim Antrieb eine Sackgasse.
Zitat:
@a_v_s schrieb am 6. Dezember 2018 um 08:04:15 Uhr:
Verbrennungsmotoren für Wasserstoff sind überholt. Funktionieren, sind aber im Vergleich zu Brennstoffzellen ineffizient.
Ob das so ist lass ich mal dahingestellt.
Im EcoTest lässt sich dieser deutliche Effizienzvorteil nicht erkennen
https://www.adac.de/.../detail.aspx?...
https://www.adac.de/.../detail.aspx?...
33kWh/100km beim Brennstoffzellen Mirai ggü. ca 36kWh/100km sind ziemlich wenig Unterschied, wenn man das Tanken noch mit rein rechnet dürfte der Benzinhybrid sogar etwas weniger verbrauchen.
Zudem hat der VM bei der Verwendung von CH4 aufgrund der Klopffestigkeit noch etwas Potential bei der Verbrennung selbst und über Abgaswärme Nutzung sind noch deutlich Steigerungen machbar (das dies heute noch nicht geschieht liegt an der billigen Energie und den Normtests, die das Potential solcher Techniken nur ansatzweise darstellen können).
Am Ende wird es der Preis entscheiden, wenn ich mal bei Wiki nach den Preisen gucke, muss die Brennstoffzelle vor allem da nacholen um mit einem Verbrenner im Gesamtpaket mithalten zu können.