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Wasserstoff - Energie der Zukunft - Referat
Wasserstoff - Energie der Zukunft
Verbindet sich Wasserstoff mit Sauerstoff, bildet sich Wasser – und es knallt.
Bei dieser Knallgas-Reaktion wird Energie frei und Strom fließt. Wie in Brennstoffzellen. Um Wasserstoff erst einmal herzustellen, sind große Mengen fossiler Brennstoffe wie Ergas nötig. Dabei bildet sich umweltbelastendes Kohlendioxid. Setzt man alternative Energiequellen ein, verschlechtert sich die Umweltbilanz, denn regenerative Energiequellen verbrauchen zur Gewinnung von Wasserstoff mehr Energie, als der Wasserstoff später selbst liefert. Erst wenn alternative Energien genug Strom abgeben, wird Wasserstoff ein sinnvoller Energielieferant sein und Wasserstoffautos, wie der 750 hl von BMW, ein umweltfreundliches Fahrzeug.
Knallige Dreierbeziehung
Verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff, bildet sich Wasser - und es knallt (Mischungsverhältnis Wasserstoff: Sauerstoff = 2:1). Diese Knallgas-Reaktion setzt Energie frei, die Elektrizität erzeugt und Motoren betreibt. Ganz ohne Abgase. Beide Elemente kommen auf der Erde in fast unbegrenzter Menge vor.
Doch um Wasserstoff und Sauerstoff aufeinander jagen zu können, müssen Energieerzeuger beide Gase erst einmal trennen. Dafür brauchen sie noch zu viel Strom, der momentan meist aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Ergas (Methan) erzeugt wird. Bei dieser Wasserstoffherstellung bildet sich das klimaschädliche Nebenprodukt Kohlendioxid.
Um Wasserstoff umweltschonend zu gewinnen, muss der dafür benötigte Strom durch erneuerbare Energien wie Geothermie (Nutzung der Erdwärme), Solarenergie, Wasser- oder Windkraft erzeugt werden. Doch im Moment wird nur ein Prozent des Wasserstoffes in Deutschland durch regenerative Energiequellen gewonnen. Der Grund: Der technische Aufwand steht in keinem Verhältnis zu den produzierten Kilowattstunden. Fazit: Wasserstoff ist zwar eine unbegrenzt vorhandene Energiequelle, doch unter dem Strich ist die Bilanz negativ. Denn wir müssen heute noch zuviel erneuerbare Energien einsetzen, um geringe Mengen Energie schadstoffarm aus Wasserstoff zu gewinnen.
Explosive Energie
Für die Industrie ist Wasserstoff die Energiequelle der Zukunft. Um sie zu nutzen, muss das Gas in einen transportfähigen Zustand verwandelt werden. Dazu kühlen es Ingenieure auf minus 253 Grad ab. Die Folge: Der Wasserstoff verflüssigt und verdichtet sich und lässt sich einfach in Tanks umfüllen. Wichtig ist, dass der verflüssigte Wasserstoff nicht mit Sauerstoff in Kontakt kommt. Denn bei einem Mischungsverhältnis von 1:4 (Wasserstoff: Sauerstoff) explodieren beide Gase wie eine Bombe.
Das Prinzip der Brennstoffzelle
Das Prinzip der Knallgas-Reaktion wenden auch Ingenieure bei der Energiegewinnung in Brennstoffzellen an. Der Unterschied: Sie führen in den Zellen Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert zusammen. Die Brennstoffzellen selbst bestehen aus drei Schichten: einer Anode (der positive Pol einer elektrischen Stromquelle), einem Elektrolyt (ein Stoff, der in wässriger Lösung elektrischen Strom leitet) und einer Kathode (der negative Pol einer elektrischen Stromquelle).
Brennstoffzelle: Kontrollierte Knallgasreaktion
Die Funktionsweise der Brennstoffzellen: An der Anode ist Wasserstoff und an der Kathode Sauerstoff. Dazwischen steckt der Elektrolyt, der wie ein engmaschiges Netz einen Elektronenfluss von Anode zu Kathode verhindert. Da der Wasserstoff zur Kathode drängt, aber nicht durch den Elektrolyten passt, geben seine Moleküle die Elektronen ab. Zurück bleiben Wasserstoff-Ionen, die durch den Elektrolyten zur Kathode gelangen. Dort verbinden sie sich mit dem Sauerstoff. Damit aus ihnen Wasser und Energie entstehen können, fehlen ihnen die Elektronen, die sich zuvor vom Wasserstoff trennten. Um sie wieder in den Kreislauf mit einzubeziehen, verbindet man die Anode und Kathode mit einem elektrischen Leiter. Die Folge: Die Wasserstoff-Ionen, die Elektronen und der Sauerstoff vermischen sich zu Wasser. Dabei kommt es zu kontrollierten Knallgas-Explosionen, folglich fließt Strom. Einziges Abfallprodukt bei der Energiegewinnung in Brennstoffzellen ist reines Wasser.
Die Energie der Zukunft im Tank
Mehr als 50 Millionen Autos fahren auf Deutschlands Straßen. Ihre Motoren verbrennen Benzin oder Diesel. Sie stoßen klimaschädigendes Kohlendioxid aus. Umweltfreundlicher fahren Wasserstoffautos. Brennstoffzellen treiben sie an. In ihnen wandelt sich Wasserstoff in elektrischen Strom um. Theoretisch dürften dabei keine Schadstoffe entstehen. Doch das ist nicht immer der Fall. Denn einige Autos schlucken nicht reinen Wasserstoff, sondern „methanolisierten Wasserstoff“ - und dabei wird Kohlendioxid frei.
Das Wasserstoffauto: der "750 hl"
Ohne Methanol fährt dagegen ein Wasserstoffauto von BMW, der „750 hl“. Bei diesem Modell treibt reiner Wasserstoff einen herkömmlichen Otto-Motor an. Doch auch hier gibt es einen Haken: Der Zwölf-Zylinder-Motor des „750 hl“ schluckt eine Menge: 40 Liter Wasserstoff auf 100 Kilometer. Und die müssen erst durch umweltbelastende Energien gewonnen werden. Der Aufwand lohnt sich nicht, denn um Wasserstoff mit der Energie eines Liters Benzin herzustellen, muss man die Energie von etwa drei Litern Benzin einsetzen. BMW will das Problem umgehen, indem sie statt Benzin erneuerbare Energiequellen wie Solarkraftwerke nutzen. Doch bislang ist es weit effektiver und umweltbewusster, alternative Energiequellen anstelle von Kohlekraftwerken oder Atomkraftwerken einzusetzen, als sie für die Spaltung von Wasser in Wasserstoff herzunehmen.
Übergangsauto: der 7er BMW
Für die Übergangszeit von Benzin auf Wasserstoff hat BMW ein Auto entworfen, das mit beiden Treibstoffen fährt: den 7er BMW. Der Fahrer entscheidet per Knopfdruck, was er tankt. Der Wagen hat einen zweiten Brennstoffkreislauf von der Einspritzung bis zum Tank – daher auch einen zweiten Tankdeckel. Der Wasserstoffbehälter ist im Kofferraum. Er ist sehr groß, aber stabil, wie erste Crash-Tests gezeigt haben. Er muss den Inhalt flüssig und kühler als minus 253 Grad halten. Eine Tankstelle für Wasserstoff gibt es in Deutschland am Münchner Flughafen.
Quelle(n) für dieses Referat: -Internet
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