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Effizienz?

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  1. Effizienz?

    Autor: Wurzelgnom 22.02.20 - 11:06

    Ich habe bedenken in Bezug auf die Effizienz.
    Ich gehe davon aus, dass es Destiliertes Wasser sein muss, damit das System nicht verkalkt, dafür braucht man Energie. Dann muss Energie reingesteckt werden damit das System Wasserstoff herstellt und Brennstoffzellenfahrzeuge haben auch einen nicht sehr hohen Wirkungsgrad.
    Außerdem ist Wasserstoff extrem flüchtig, es muss ein hoher Druck von über 700bar erzeugt werden, der Wasserstoff muss Transportiert werden.

    Wie soll man das mit Erneuerbaren Energien hinbekommen, wenn wir keine 100% Vollversorgung haben? Wohin mit den Windrädern für den Mehrbedarf an Energie?

    Ist es nicht wirklich einfacher die Energie einfach per Stromleitung in den Akku zu laden mit 90% Effizienz?

    Nur weil Wasser im Namen von Wasserstoff steckt heißt das noch nicht, dass das die beste Lösung sein muss.

  2. Re: Effizienz?

    Autor: Kleba 23.02.20 - 15:53

    Wurzelgnom schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Nur weil Wasser im Namen von Wasserstoff steckt heißt das noch nicht, dass
    > das die beste Lösung sein muss.

    "Nur" Batterien können aber auch nicht die Lösung sein, zumindest nicht im großen Maßstab. Wenn wir langfristig den gesamten Energiebedarf über erneuerbare Energien bewerkstelligen wollen brauchen wir einen Technologiemix.
    Nach diesem Artikel hier bräuchten wir allein in Deutschland Akkus mit einer Kapazität von 12.000 GWh um den Strombedarf einer Woche zu speichern - dies entspricht dem 50-fachen der weltweiten Akkuproduktion pro Jahr. Es ist utopisch alles über Batterien abwickeln zu wollen - genauso, wie es utopisch ist alles über Wasserstoff machen zu wollen. Der Mix machts.

    Wir dürfen nicht vergessen, dass es auch nicht nur um den Individualverkehr geht. Auch die Industrie braucht Brennstoffe, wofür sich Wasserstoff in einigen Bereichen als Ersatz anbietet. Für Schiffe oder andere Verkehrsmittel könnte es sich ebenfalls anbieten.

    Die Effizienz der Brennstoffzelle im Auto ist übrigens nicht soooo schlecht. Theoretisch kann sie bei bis zu 83% liegen, praktisch liegt sie bei etwa 50% (Link) und ist - nur darauf bezogen - damit erst mal effizienter als ein klassischer Verbrennungsmotor (Link; Benziner liegt bei einem Wirkungsgrad von 25 - 35%, Diesel bei 35 - 45%). Davon gehen aber natürlich noch die Verluste für die Produktion, Transport und Tankvorgang ab, was den Gesamtwirkungsgrad recht niedrig werden lässt. Fairerweise muss man dazu sagen, dass die wenigstens Betrachtungen hier dieselben Verluste bei der Förderung von Öl bzw. Produktion von Benzin mit berücksichtigen, wodurch auch die Gesamteffizienz des Verbrennungsmotors noch schlechter wird.

    Auch mit Wasserstoff und Batterien werden wir die Ziele nicht erreichen. Aber es wird ja auch an weiteren Methoden geforscht und gearbeitet.

  3. Re: Effizienz?

    Autor: chefin 24.02.20 - 08:55

    Akkus können nicht die Lösung sein, weil diese Art der Speicherung ineffizient ist. Wobei wir hier die Gesamtsitaution betrachten müssen. Zum einen die Lebensdauer, danach das recycling und der Aufwand das Material zurück zu gewinnen. Das Material selbst erstmal zu holen, vorallem wenn es nur in kleinen Mengen an der Oberfläche überhaupt existiert.

    Und dann kommt das Volumen das chemische Speicherung einnimmt. Man muss sich das unter chemischen Gegebenheiten anschauen. Man benötigt mehrere Atome um ein Elektron zu speichern. Der Platzbedarf von einem Atom ist ein millionenfaches gegenüber einem Elektron. Und benötige ich sagen wir 4 Atome um ein Lithiumatom zu speichern, das dann ein Elektron hält, ist es der 5 fache Platzbedarf. Dann noch das Elektrolyth und der Gegenpol. Während eine Flüssigkeit direkt die Energie in einem Atom gespeichert hat. bzw in einem Molekül, das zwar mehr Platz benötigt, aber viel weniger als die Anzahl an Atome aus dem es zusammen gesetzt ist.

    Diese Volumina kummulieren sich auf, am Ende hat ein Akku ungefähr das 10-30fache Volumen gegenüber Flüssigkeiten.

    Überlege dir einfach auch mal die Zyklenfestigkeit eines Tanks für Flüssigkeiten. In der Industrie wird mehrmals täglich ein Tank gefüllt und entleert über 20-30 Jahre ohne das er sichtbar leidet. Vieleicht unter extremen Bedingungen endet es bei 10.000 Zyklen (Drucktanks). Das wären aber immer noch fast 30 Jahre täglich einmal füllen(365Tage im Jahr).

    Wasserstoff muss auch nicht unter 700 Bar gelagert werden. Wenn es schnell verbraucht wird, wird es drucklos gelagert. Oder meinst du eine Rakete würde 700 Bar im Wasserstofftank aushalten? Dort liegt der Wasserstoff drucklos. Der Tank muss nur die Masse aushalten und gegenhalten. Er besteht aus 5mm Aluminiumwandung, wobei das eine Wabenstruktur ist, nicht massiv. Folglich liegt man so bei 50kg für 2m³ Wassserstoff. Und der Wasserstoff wiegt dann ja auch nur 125kg.

    Drucklose Lagerung hat allerdings das Problem, das extrem isolierte Tanks benötigt werden. Das macht es in der Anschaffung sehr teuer. Im Auto mit seiner extremen Dynamik zudem schwer das Schwappen zu regulieren. Drucktanks sind daher für Autos die bessere Lösung, da sie auch ein längeres rumstehen zulassen ohne all zu viel Verluste. Zudem sind offene Tanks in geschlossenen Räumen nicht erlaubt, hier wäre eine Knallgasexplosion unausweichlich. Im Freien ist das unmöglich, das Wasserstoff sofort nach oben steigt und so keine Konzentration von 18% überhaupt erreicht wird.

    Man muss also den gesamten Bereich, von Gewinnung bis Entsorgung betrachten. Und vorallem den Flächenbedarf. Wir haben aktuell noch 100x100m(ein Hektar) pro Mensch auf dieser Erde. Und zwar statistisch gesehen. Länder wie die USA mit 33 Einwohner/km² haben es da noch ziemlich gut. 3 Hektar pro Einwohner. Wir haben 230 Einwohner/km² und damit gerade noch 0,43Hektar pro Einwohner. Nichtmal 50% der verbliebenen Fläche. Und denke mal drüber nach, das wir pro Hektar ca 5-6 Tonnen Frucht anbauen können. Das muss dann 1 Jahr reichen. Hört sich viel an, aber die Effizienz der Natur ist sehr klein. 1kg Korn ergibt keine 100ml Milch. Und ca 80gr Fleisch. 1L Milch, etwas Butter, Brot und ein Schnitzel am Tag(oder equivalent) sind also 15kg Anbauprodukte. 5,4t im Jahr. Wo also willst du wohnen und Autofahren, Infrastruktur aufbauen?

    Wir sind nicht in der Lage uns zu versorgen mit dieser Fläche. Und wenn dann einer ankommt und sehr großzügig mit Fläche umgehen will, vergisst er das jeder qm den wir verbrauchen, irgendwo fehlt und Importe nötig macht. Und Brennstoffe für Heizung habe ich bisher noch garnicht berücksichtigt. Das holen wir aktuell aus gespeicherten Reserven der Erde. Kohle und Ergas/Erdöl. Auch das Autofahren gehört dazu.

    Diese Energiemengen kosten weitere Flächen die wir eigentlich nicht haben. Isoliert betrachtet mag so manches noch praktikabel erscheinen, aber im Kontex des gesamten Umfeldes ist es nicht mehr umsetzbar.

  4. Re: Effizienz?

    Autor: Mephir 24.02.20 - 10:26

    Wurzelgnom schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ist es nicht wirklich einfacher die Energie einfach per Stromleitung in den
    > Akku zu laden mit 90% Effizienz?
    Einfacher ja, aber nicht undebidngt effizienter.
    Bei eingeschalteter Heizung kommt man bei einem Brenstoffzellenfahrzeug auf einen (theoretischen?)Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90% während beim Elektroauto der Gesamtwirkungsgrad im worst case auf ~50% sinken kann.
    Gerade in sehr kalten oder sehr heißen Regionen könnten wassertstoffbetriebene Fahrzeuge durchaus den BEVs den Rang ablaufen, da die Brennstoffzelle sich nicht groß um Temperaturen schert.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 24.02.20 10:32 durch Mephir.

  5. Re: Effizienz?

    Autor: mke2fs 24.02.20 - 10:38

    Mephir schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------

    > Bei eingeschalteter Heizung kommt man bei einem Brenstoffzellenfahrzeug auf
    > einen (theoretischen?)Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90% während beim
    > Elektroauto der Gesamtwirkungsgrad im worst case auf ~50% sinken kann.
    > Gerade in sehr kalten oder sehr heißen Regionen könnten
    > wassertstoffbetriebene Fahrzeuge durchaus den BEVs den Rang ablaufen, da
    > die Brennstoffzelle sich nicht groß um Temperaturen schert.

    Das würde mich ja mal interessieren wie du es schaffst bei eine BEV 50% Gesamtwirkungsgrad zu erreichen, welche Bedingungen sollen das sein?
    Und 90% mit einer Brennstoffzelle, welche soll das sein… ich habe mal kurz gesuchelt…https://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle#Elektrischer_Wirkungsgrad,_Kosten,_Lebensdauer
    Da steht im Bestfall (Labor) was von 60%.

  6. Re: Effizienz?

    Autor: Mephir 24.02.20 - 13:16

    mke2fs schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Das würde mich ja mal interessieren wie du es schaffst bei eine BEV 50%
    > Gesamtwirkungsgrad zu erreichen, welche Bedingungen sollen das sein?

    Abzüglich der Verlustleistung beim Ladevorgang und in der Regelelektronik sowie den Ladungsverlusten innerhalb des Speichers landet man unter optimalen Bedingungen bei einem Gesamtwirkungsgrad von ~70%; Batteriekühlung/-Heizung kann im worst case nochmal ~20% ausmachen.
    Wenn im Winter die Batterie und der Innenraum beheizt wird, rutscht der Gesamtwirkungsgrad unter den von (Turbo-)Dieseln.

    > Und 90% mit einer Brennstoffzelle, welche soll das sein… ich habe mal
    > kurz
    > gesuchelt…de.wikipedia.org#Elektrischer_Wirkungsgrad,_Kosten,_Lebensd
    > auer
    > Da steht im Bestfall (Labor) was von 60%.

    Ließ nochmal genau was ich geschrieben habe:
    > Bei eingeschalteter Heizung kommt man auf einen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90%.

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