Wasserstoff als Kraftstoff für Fahrzeugantriebe

Examination Thesis , 1998 , 88 Pages , Grade: 1,3

Engineering - Automotive Engineering

Heutige Kraftstoffe auf Erdölbasis dezimieren die natürlichen Ressourcen und erzeugen Schadstoffe, die nachteilig für Mensch und Natur sind. Energiespeicher für Fahrzeugantriebe werden jedoch weiterhin notwendig sein, um den Personen- und Gütertransport zu ermöglichen. Es wird zwar zurzeit an der Optimierung der herkömmlichen Antriebsarten gearbeitet, aber bei der Verbesserung der angewandten Techniken gibt es Grenzen. Der Schadstoffausstoß kann zwar verringert, aber nicht völlig eingestellt werden. Die natürlichen Ressourcen werden zudem weiter reduziert. Es bleibt folglich die Notwendigkeit, nach anderen praktikablen Lösungen und neuen Techniken zu suchen.
Auf den ersten Blick erscheint Wasserstoff ein geeigneter Energiespeicher, der den Weg in eine schadstofffreie Zukunft weisen könnte. Wasser ist in ausreichendem Maße vorhanden, bei der Verbrennung wird relativ viel Energie frei und es entstehen keine Schadstoffe. Erste Versuche waren erfolgreich, und Wasserstoff scheint durchaus für den mobilen Fahrzeugantrieb geeignet zu sein. Auf den zweiten Blick gibt es jedoch auch Probleme. Wasserstoff ist mit Sauerstoff explosiv, die Erzeugung von H2 ist aufwändig und die Speicherung sowie die Betankung sind problematisch. Dann, auf den dritten Blick, zeigt sich, dass die Schwierigkeiten zu bewältigen sind und in den letzten Jahren weitgreifende Fortschritte gemacht wurden.
Mittlerweile ist die Technik auf einem Entwicklungsstand, auf der es Prototypen von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen in der dritten oder vierten Generation gibt. Vor zehn Jahren wurde damit angefangen, Wasserstoff als Energieträger ernst zu nehmen. Einige der Ideen von damals sind gescheitert, andere sind in Ansätzen verwirklicht worden. Die H2-Speicherung in Metallhydriden oder die Bindung an Toluol gehören zu den nicht so aussichtsreichen Varianten. Chancenreicher ist die Nutzung von gasförmigem oder flüssigem Wasserstoff in herkömmlichen Verbrennungsmotoren sowie die "kalte Verbrennung" von H2 in Brennstoffzellen.
Ziel dieser Arbeit war es, den aktuellen Stand der Technik herauszuarbeiten, wie Wasserstoff als Kraftstoff für Fahrzeugantriebe eingesetzt werden kann. Dabei bildete der Einsatz im Verbrennungsmotor und in der Brennstoffzelle jeweils einen Schwerpunkt. Außerdem wurde die Wasserstoffgewinnung, die -Speicherung im Fahrzeug, die Abgasqualität sowie der Wirkungsgrad analysiert.

Inhaltsverzeichnis

• Aufgabenstellung
• Kurzfassung
• Geschichte
• Aktueller Stand
  • Energieverbrauch
  • Schadstoffe
  • Die Entwicklung
  • Alternative - fossile Energien
• Wasserstoff
  • Eigenschaften
  • Herstellung
• Antriebe
  • Der Wasserstoff-Motor
    • Motorentechnik
    • Gemischbildung
    • Beispielmotoren
    • Kosten
    • Emissionen
  • Brennstoffzelle
    • Funktionsweise
    • Angewandte Technik
    • PEM
    • Reformer
    • Kosten
• Speicherung
  • Tanks
  • Betankung
• Vergleiche
  • allgemein
  • Antriebe
  • Energiebilanz
  • Energieumwandlungskette
  • Energiedichte
  • Emissionen
• Ausblick
  • Die weitere Entwicklung
  • Amerika
  • Wasserstoff-Haus
• Ergebnisse
• Literaturverzeichnis
• Abkürzungen

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Studienarbeit befasst sich mit der Nutzung von Wasserstoff als Kraftstoff für Fahrzeugantriebe und analysiert dessen Einsatz in Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen. Die Arbeit untersucht die Geschichte der Wasserstofftechnologie, die aktuellen Entwicklungen und die Herausforderungen bei der Herstellung, Speicherung und Betankung von Wasserstoff. Sie vergleicht die Wasserstofftechnologie mit konventionellen Antriebssystemen und bewertet die ökologischen und ökonomischen Aspekte der Wasserstoffnutzung im Verkehrssektor.

• Die Geschichte der Wasserstofftechnologie und ihre Entwicklungen
• Der Vergleich von Wasserstoffantrieben mit konventionellen Antriebssystemen
• Die Herausforderungen und Chancen der Wasserstoffgewinnung und -speicherung
• Die ökologischen und ökonomischen Aspekte der Wasserstoffnutzung im Verkehrssektor
• Die Zukunft der Wasserstofftechnologie und ihre Rolle in der Energiewirtschaft

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Aufgabenstellung und die Zielsetzung der Studie erläutert. Anschließend wird eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen präsentiert. Das Kapitel "Geschichte" beleuchtet die Entwicklung der Wasserstofftechnologie, beginnend mit den ersten Entdeckungen bis hin zu den aktuellen Entwicklungen in der Raumfahrt und im Automobilsektor. Der Abschnitt "Aktueller Stand" analysiert den globalen Energieverbrauch und die Bedeutung von fossilen Energieträgern. Er beleuchtet die Herausforderungen im Bereich der Schadstoffemissionen und stellt verschiedene alternative Energiequellen vor, darunter die solare Wasserstoffwirtschaft. Das Kapitel "Wasserstoff" beschreibt die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasserstoff sowie verschiedene Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff. Das Kapitel "Antriebe" behandelt den Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen. Es werden die Vor- und Nachteile der beiden Antriebstechniken sowie die technischen Herausforderungen bei der Gemischbildung und der Speicherung von Wasserstoff analysiert. Das Kapitel "Speicherung" beschäftigt sich mit verschiedenen Speichermöglichkeiten für Wasserstoff, darunter Metallhydride, die Speicherung von gasförmigem und flüssigem Wasserstoff in Tanks sowie die Betankungsprozesse. Der Abschnitt "Vergleiche" vergleicht die Wasserstofftechnologie mit konventionellen Antriebssystemen in Bezug auf Energiebilanz, Energiedichte, Emissionen und andere relevante Faktoren. Der Ausblick befasst sich mit der weiteren Entwicklung der Wasserstofftechnologie, den Chancen und Herausforderungen in den USA und der Vision eines "Wasserstoff-Hauses" als Beispiel für eine nachhaltige Energieversorgung. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Wasserstoff als Kraftstoff, Fahrzeugantriebe, Verbrennungsmotor, Brennstoffzelle, Energieverbrauch, Schadstoffe, Energieumwandlungskette, Energiedichte, Emissionen, Herstellung, Speicherung, Betankung, Geschichte, aktuelle Entwicklungen, Zukunft der Wasserstofftechnologie, solare Wasserstoffwirtschaft, ökologische und ökonomische Aspekte.

• College: Technical University of Berlin (Inst. für Verbrennungskraftmaschinen)
• Grade: 1,3
• Author: Sven Geitmann (Author)
• Publication Year: 1998
• Pages: 88
• Catalog Number: V223
• ISBN (eBook): 9783638101691
• ISBN (Book): 9783638933544
• Language: German
• Tags: Wasserstoff, Brennstoffzelle, alternative Antriebe, regenerative Energien