Die Brennstoffzelle Von Ismail Nasser Gliederung Was ist
Die Brennstoffzelle Von: Ismail Nasser
Gliederung • • • Was ist eine Brennstoffzelle? Geschichte der Brennstoffzelle Aufbau und Funktionsweise der Brennstoffzelle Unterschiedliche Arten Gesamtwirkungsgrad Kosten Von: Ismail Nasser
Was ist eine Brennstoffzelle? 1 Von: Ismail Nasser
Was ist eine Brennstoffzelle? 2 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate durch Klicken • Konkurrenz zu bisherigen Methoden • bearbeiten Brennstoffzelle (BSZ) • Zweite Ebene • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 4 Von: Ismail Nasser
Was ist eine Brennstoffzelle? 3 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate durch Klicken • bearbeiten ähnlich • Zweite Ebene • • Dritte Ebene Aber: • Der BSZ muss kontinuierlich Brennstoff hinzugefügt • Vierte Ebenewerden • Fünfte Ebene 1/13/2022 5 Von: Ismail Nasser
Geschichte der Brennstoffzelle 4 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • 1800 Johann wilhelm Ritter entdeckt die Elektrolyse • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Zweite Ebene • 1839 Sir William Grove kehrt den Ritterschen Versuch um • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene • Geburtsstunde der BSZ 1/13/2022 6 Von: Ismail Nasser
5 Geschichte der Brennstoffzelle Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Aber: Brennstoffzelle war technologisch seiner Zeit weit vorraus Elektrochemie = komplex Platin sehr teuer • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten Werner von Siemens • Zweite Ebene • Dritte Ebene zur gleichen Zeit erfand er • Vierte Ebene das Dynamo • Fünfte Ebene unkompliziert preisgünstig 1/13/2022 7 Von: Ismail Nasser
Geschichte der Brennstoffzelle 6 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • • Weiteres Problem: Wasserstoffherstellung • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Viel zu viele Probleme • • Zweite Ebene BSZ war es nicht wert weiter erforscht zu werden • Dritte Ebene • • 1967 Erfindung des Otto-Motor Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 8 Von: Ismail Nasser
Geschichte der Brennstoffzelle 7 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Mit der Zeit bessere Konzepte für: Günstigere Platinherstellung Wasserstoffherstellung … Jedoch kein Durchbruch • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Erst: Zweite Ebene Gründung der NASA • 1958 Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 9 Von: Ismail Nasser
Geschichte der Brennstoffzelle 8 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Raumkapsel sollte mit Strom versorgt werden • Textmasterformate durch Klicken Atomreaktoren zu risikoreich Solarenergie zu leistungsarm bearbeiten Batterie groß, schwer und kurze Lebensdauer • Zweite Ebene • Dritte Lösung =Ebene BSZ • Vierte Ebene Jedoch für Erde unpraktikabel • Fünfte Ebene 1/13/2022 10 Von: Ismail Nasser
Geschichte der Brennstoffzelle 9 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • • Klimaerwärmung & endlichkeit der Rohstoffe weiterentwicklung der BSZ • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Zweite Ebene (1994 Daimler. Crysler NECAR) • Dritte Ebene (1999 erste Wasserstoff-tankstelle) • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 11 Von: Ismail Nasser
Aufbau und Funktionsweise 10 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Aufbau der BSZ Sehr einfacher Aufbau • Textmasterformate durch Klicken aufgebaut wie ein Sandwich (3 Lagen) Äußere Schicht = Elektroden (Anode & Kathode) bearbeiten In der Mitte = Elektrolyt • Zweite Ebene Elektrolyt = wichtig • Dritte Ebene Lässt Ionen durch undurchlässig für Elektronen • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 12 Von: Ismail Nasser
11 Aufbau und Funktionsweise Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Funktionsweise • Anode & Kathode Katalysator-schicht (Platin) • Textmasterformate durch Klicken Elektrolyt = durchlässig für bestimmte Ionen bearbeiten (abhängig vom Elektrolyt) • Zweite Ebene (Heute) 6 verschieden Arten von BSZ Fast gleiche Funktionsweise: • Dritte Ebene Anode Brennstoff (Wasserstoff) Kathode Sauerstoff (Luft) Kat (Anode) spaltet H • Vierte Ebene Elektronen + H Ion Elektrolyt Ionendurchlässig • Elektronen Fünfte Ebene äußerer Leiter 2 2 Stromfluss O 2 oxidiert ( braucht Elektronen) Neg. Sauerstoff Ionen + Wasserstoff Ionen Wasser 1/13/2022 13 Von: Ismail Nasser
12 Aufbau und Funktionsweise Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten 2. Hauptsatz der Thermodynamik gilt hier nicht • Zweite Ebene • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene d. h theoretisch Haben gesehen: BSZ direkte Umwandlung von Chem. in El. Energie η ≈ 70 % bis annähernd 100 % Praxis jedoch η ≈ 30 -70 % BSZ 1/13/2022 14 Von: Ismail Nasser
Unterschiedliche Arten 13 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Zur Zeit: 6 Unterschiedliche Arten: 1) Alkalische BSZ 2) Polymer Elektrolyt Membran BSZ 3) Direkt Methanol BSZ 4) Phosphorsaure BSZ 5) Karbonat-Schmelzen BSZ 6) Oxid-Keramische BSZ • Textmasterformate durch Klicken (AFC) bearbeiten (PEMFC) (DMFC) • Zweite Ebene (PAFC) (MCFC) • Dritte Ebene (SOFC) • Unterteilung: Vierte Ebene Niedertemperatur BSZ • Fünfte Ebene Hochtemperatur BSZ 1/13/2022 15 Von: Ismail Nasser
AFC PEFC DMFC PAFC MCFC SOFC Elektrolyt Alkalilauge Polymer membran Konzentrierte Phosphorsäure Alkalikarbonat schmelze Yttriumdotiertes Zirkondioxid Aggregat zustand flüssig fest Anodengas reinster Wasserstoff Methanol Wasserstoff Methan 1 Methan Kohlegas Methanol 1 Methan 1 Transportierte Ionen H+ H+ H+ OH- O 2 - Betriebs temperatur 60 -90 °C bis 80 °C 60 -130 °C 130 -220 °C bis 650°C 750 -1000 °C Zellen wirkungsgrad 60% 58% 40% 50% 65% System wirkungsgrad 60% 32 -40% 20 -30% 40% 52 -54% 35 -55% 80%² 70%³ 14 Leistung 10 - 100 k. W 0, 03 - 250 k. W 1 m. W - 100 k. W 50 k. W - 11 MW 250 k. W - 2 MW 1 -100 k. W Anwendung Raumfahrt, UBoot Stromversorgung PKW Blockheiz kraftwerke Hausversorgung Nischen fahrzeuge Fahrzeugantrieb e portable Geräte Kleinkraftwerke Schiffsantriebe Fahrzeugbatterie CO 2 muss im Kreislauf keine Reformierung von der Zelle geführt werden Brenngasen erforderlich Hausversorgung Blockheizkraftwe rke portable Geräte Zusatz CO 2 empfindlich Wasserstoff wird über Reformer erzeugt CO empfindlich schwach CO emfindlich 1 ²/³ mit nachgeschalteter Dampfturbine (und zusätzlicher Wärmeauskupplung)
AFC PEFC DMFC PAFC MCFC SOFC Elektrolyt Alkalilauge Polymer membran Konzentrierte Phosphorsäure Alkalikarbonat schmelze Yttriumdotiertes Zirkondioxid Aggregat zustand flüssig fest Anodengas reinster Wasserstoff Methanol Wasserstoff Methan 1 Methan Kohlegas Methanol 1 Methan 1 Transportierte Ionen H+ H+ H+ OH- O 2 - Betriebs temperatur 60 -90 °C bis 80 °C 60 -130 °C 130 -220 °C bis 650°C 750 -1000 °C Zellen wirkungsgrad 60% 58% 40% 50% 65% System wirkungsgrad 60% 32 -40% 20 -30% 40% 52 -54% 35 -55% 80%² 70%³ 15 Leistung 10 - 100 k. W 0, 03 - 250 k. W 1 m. W - 100 k. W 50 k. W - 11 MW 250 k. W - 2 MW 1 -100 k. W Anwendung Raumfahrt, UBoot Stromversorgung PKW Blockheiz kraftwerke Hausversorgung Nischen fahrzeuge Fahrzeugantrieb e portable Geräte Kleinkraftwerke Schiffsantriebe Fahrzeugbatterie CO 2 muss im Kreislauf keine Reformierung von der Zelle geführt werden Brenngasen erforderlich Hausversorgung Blockheizkraftwe rke portable Geräte Zusatz CO 2 empfindlich Wasserstoff wird über Reformer erzeugt CO empfindlich schwach CO emfindlich 1 ²/³ mit nachgeschalteter Dampfturbine (und zusätzlicher Wärmeauskupplung)
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AFC PEFC DMFC PAFC MCFC SOFC Elektrolyt Alkalilauge Polymer membran Konzentrierte Phosphorsäure Alkalikarbonat schmelze Yttriumdotiertes Zirkondioxid Aggregat zustand flüssig fest Anodengas reinster Wasserstoff Methanol Wasserstoff Methan 1 Methan Kohlegas Methanol 1 Methan 1 Transportierte Ionen H+ H+ H+ OH- O 2 - Betriebs temperatur 60 -90 °C bis 80 °C 60 -130 °C 130 -220 °C bis 650°C 750 -1000 °C Zellen wirkungsgrad 60% 58% 40% 50% 65% System wirkungsgrad 60% 32 -40% 20 -30% 40% 52 -54% 35 -55% 80%² 70%³ 20 Leistung 10 - 100 k. W 0, 03 - 250 k. W 1 m. W - 100 k. W 50 k. W - 11 MW 250 k. W - 2 MW 1 -100 k. W Anwendung Raumfahrt, UBoot Stromversorgung PKW Blockheiz kraftwerke Hausversorgung Nischen fahrzeuge Fahrzeugantrieb e portable Geräte Kleinkraftwerke Schiffsantriebe Fahrzeugbatterie CO 2 muss im Kreislauf keine Reformierung von der Zelle geführt werden Brenngasen erforderlich Hausversorgung Blockheizkraftwe rke portable Geräte Zusatz CO 2 empfindlich Wasserstoff wird über Reformer erzeugt CO empfindlich schwach CO emfindlich 1 ²/³ mit nachgeschalteter Dampfturbine (und zusätzlicher Wärmeauskupplung)
21 Gesamtwirkungsgrad Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten BSZ hoher Wirkungsgrad • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten ABER: BSZ benötigt Wasserstoff • Zweite Ebene Wasserstoff immer in Verbindung mit anderen Elementen • d. h. : Dritte Ebene Wasserstoff muss hergestellt werden • z. B. : Vierte Ebene Elektrolyse man braucht Elektrische Energie • Fünfte Ebene Gesamtwirkungsgrad muss betrachtet werden 1/13/2022 23 Von: Ismail Nasser
22 Gesamtwirkungsgrad Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Betrachte: • Textmasterformate durch Klicken „WELL to WHEEL“ Analyse bearbeiten • ( Bohrloch Zweite Ebene zum Rad Wirkungsgrad) • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 24 Von: Ismail Nasser
Gesamtwirkungsgrad 23 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Zweite Ebene • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 25 Von: Ismail Nasser
Gesamtwirkungsgrad 24 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Zweite Ebene • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 26 Von: Ismail Nasser
Gesamtwirkungsgrad 25 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate durch Klicken Greenpeace bearbeiten gegen BSZ! • Zweite Ebene Angeblich zwei Mal so hoher Energieverbrauch durch Elektrolyse • Dritte Ebene Sogar mit erneuerbarer Energie wie Solar, Wind. . • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 27 Von: Ismail Nasser
Gesamtwirkungsgrad 26 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate Zusammenfassung: durch Klicken • Kraftstoffverbrauch durch Hybridmotoren verringert (bei allen Systemen) bearbeiten • Reduzierte Treibhausgase bei BZF mit reformiertem Erdgas • BZF haben Potenzial Treibhausgase nahezu vollständig zu reduzieren (von art der • Zweite Ebene Wasserstoffherstellung abhängig) • BZF mit Methanol keine Vorteile gegenüber Benzinfahrzeuge • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 28 Von: Ismail Nasser
Kosten 27 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Was kostet eine BSZ? durch Klicken • Textmasterformate bearbeiten • Zweite Ebene • Dritte Ebene • Vierte Ebene • Jeder. Fünfte Ebene Stack besteht aus mehreren Bauteilen: Stack ≈ 50 Einzelzellen 1/13/2022 29 Von: Ismail Nasser
28 Kosten Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten Membran Elektroden Einheit (MEA) Katalysator (Platin) Mebmran Gasdiffusionslagen Bipolarplatten Dichtungen Endplatten & Stromsammler Materialbeschaffung & Montage 6000 € 194 € 356 € 600 € 7400 € 1000 € 2600 € 1200 € • Textmasterformate durch Klicken bearbeiten • Zweite Ebene • Dritte Ebene GESAMT 19350 € • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 30 Von: Ismail Nasser
Quellen 29 Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten • Textmasterformate Quellen durch Klicken www. innovation-Brennstoffzelle. de bearbeiten www. wikipedia. de www. initiative-brennstoffzelle. de/de/ibz/live/nachrichten/detail/109. html – Zweite. Ebene • www. initiative-brennstoffzelle. de Zweite • Dritte Ebene http: //www. lbst. de/gm-wtw/Well 2 Wheel. Studie_d. pdf • http: //www. fz-juelich. de/portal/forschung/energie/brennstoffzellen Dritte –Ebene Vierte Ebene www. google. de » Fünfte Ebene • Vierte Ebene • Fünfte Ebene 1/13/2022 31 Von: Ismail Nasser
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