Wasserstoff und seine Probleme

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Dr. Werner Gruber ist Experimentalphysiker an der Universität Wien und Direktor der Wiener Sternwarten und des Planetariums. Durch Bücher und Bühnenauftritte ist er als "Physiklehrer der Nation" bekannt.

Wasserstoff gilt als Zukunftstechnologie. Man verbrennt Wasserstoff und Sauerstoff, dabei bleibt nur Wasserübrig und ein Fahrzeug bewegt sich auch. Herrlich. Aber was ist wirklich dran?

Es stimmt, dass prinzipiell nur Wasser als Abgas entsteht, aber bei den hohen Temperaturen entstehen auch noch andere Gase. Aufgrund der Luft im Brennraum entstehen Stickoxide. Diese Stickoxide kann man verhindern, in dem man für einen hohen Luftüberschuss sorgt. Dabei sinkt dann aber der Wirkungsgrad. Das Problem besteht aber auch darin, wie man den Wasserstoff mitnimmt. Da gibt es prinzipiell 2 Möglichkeiten. Die erste wäre, man verwendet einen großen Stahltank mit dicken, festen Wänden aus Stahl. Das Ganze kann man auch so sicher bauen, dass bei einem Verkehrsunfall nichts passiert. Das Problem liegt aber woanders. Man muss tanken und so bald als möglich den Tankinhalt aufbrauchen. Die einzelnen Wasserstoffatome sind nämlich so klein, dass sie sogar durch den Stahltank durchwandern. Nach rund 9 Tagen istnur mehr die Hälfte des Wasserstoffs vorhanden.

Benzindämpfe helfen nach

Leider ist das bei dem Wasserstoffverbrennungsmotor nicht das einzige Problem. Dieser hat einen sehr hohen Wirkungsgrad mit rund 45 Prozent, das ist um 7 bis 8 Prozent besser als bei einem Benzinmotor. Das Problem ist aber volumensmäßig gesehen der niedrigere Heizwert, umgangssprachlich auch als Energiegehalt bezeichnet, vom Wasserstoff. Unter dem Heizwert versteht man das Maß für die nutzbare Wärmemenge ohne die Kondensationswärme. So hat Benzin einen Heizwert von 41 MJ/kg, während Wasserstoff gewichtsmäßig einen Heizwert von 120 MJ/kg hat. Hier hätte der Wasserstoff die Nase vorn, aber wir müssen die Benzindämpfe dem Wasserstoffgas gegenüberstellen und da gewinnt der Benzin. Auf das Volumen bezogen hat Wasserstoffgas bei 700 bar eine Energiedichte von 1,855 kWh/l während Benzin ungefähr bei 8,4 kWh/l liegt. Interessanterweise ist sogar das Erdgas mit 2,58 kWh/l besser als der Wasserstoff.

Wenig Schmierung

Ein anderer Nachteil besteht beim Wasserstoffverbrennungsmotor darin, dass sich im Wasserstoff keineÖle lösen lassen. Diese Öle dienen in einem Verbrennungsmotor als Schmierstoffe, da muss man dann beim Wasserstoffmotor nacharbeiten. Leider zerstört der Wasserstoff auch die Oberfläche des Motors. Hier kann aber eine Keramikoberfläche helfen.

Verstecken als Devise

Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit der Speicherung von Wasserstoff. In den Metallhydridtanks wird der Wasserstoff auf einer speziellen Oberfläche gespeichert. Die Wasserstoffatome sind klein und wenn man es richtig macht, kann man diese kleinen Atome zwischen Metallatomen verstecken. Bei einer Erwärmung des Metallhydrids wird der Wasserstoff wieder abgegeben und steht dann dem Verbrennungsmotor zur Verfügung. In einem Metallhydridspeicher kann man mehr Wasserstoffatome speichern als im selben Volumen, wenn der Wasserstoff flüssig zur Verfügung steht. In solchen Speichern kann man auch fünfmal so viel Energie speichern, als in einem Bleiakkumulator, wie sie für die Elektroautos verwendet werden. Leider haben diese Tanks ein sehr hohes Gewicht und dadurch ist in den Fahrzeugen die Zuladung geringer -es können meist nur 4 Personen mitfahren.

Für das Wasserstoffauto muss aber noch viel gemacht werden: ein Netzwerk an Wasserstofftankstellen, leistbare Fahrzeuge und vielleicht bessere Speichermöglichkeiten.

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