Donnerstag, 12. August 2010

Wasserstoff ist kein Ersatz für Erdöl

Die grünen Propagandisten behaupten, dass Wasserstoff die fossilen Energieträger ersetzen könnte. Wir wollen uns hier etwas näher ansehen, zu welchem Preis das möglich wäre.

Die Verbrennung von Wasserstoff ergibt einen Wärmewert von 33 kWh/kg. Benzin und Diesel haben nur einen Nettowärmewert von 12 kWh/kg. Dieser Vergleich ergibt einen großen energetischen Vorteil von Wasserstoff, er berücksichtigt aber nicht die Raummenge, die für die Speicherung eines Kilos der jeweiligen Energieträger erforderlich ist.

Es sind etliche Verfahren zur Isolierung von Wasserstoff bekannt, aber technisch ausgereift ist nur der Einsatz von Strom, wobei man Wasserstoff entweder durch die Elektrolyse von Wasser oder als Nebenprodukt einer chlor-alkalischen Elektrolyse gewinnt. Um 1 kg Wasserstoff auf elektrochemischem Wege aus Wasser zu erhalten, muss man theoretisch 33 kWh aufwenden. Die gegenwärtigen Elektrolysegeräte haben aber nur einen Wirkungsgrad von höchstens 65% des theoretischen Maximums. Das bedeutet, dass in der Realität 51 kWh für die Produktion von 1 kg Wasserstoff einzusetzen sind.

Man muss also zur Herstellung von Wasserstoff fast doppelt so viel Energie aufwenden, wie dann im fertigen Produkt steckt. Im Gegensatz dazu verbraucht die Förderung von Rohöl und seine Weiterverarbeitung zu Benzin/Diesel nur 6% der Primärenergie des geförderten Erdöls.

In einer Wasserstoffwirtschaft entstehen aber noch viele weitere Kosten. Um den Wasserstoff in irgendeiner praktischen Form nutzen zu können, müsste er verflüssigt werden. Das erfordert weitere 10 kWh je kg Wasserstoff. Es wäre auch der Einsatz von hoch komprimiertem Wasserstoff möglich, allerdings zu noch höheren Kosten und Risiken, da man mit einer Druckkraft von 200 bis 400 Bar arbeiten müsste.

Ein zusätzlicher Energieaufwand ist erforderlich für:


  • Die Produktion von gereinigtem Wasser für die Elektrolyse.

  • Die Produktion der Chemikalien, die für die Elektrolyse benötigt werden.

  • Die Schaffung und Aufrechterhaltung einer Infrastruktur zur landesweiten Verteilung des Wasserstoffs.

  • Den Ausgleich der Verluste durch Entweichen und Verdunsten des Wasserstoffs. In Autotanks beträgt der Verdunstungsverlust bis zu 1 - 2 Volumenprozent täglich je nach Umgebungsverhältnissen und Nutzungsdauer.



In Deutschland werden täglich circa 150.000 Tonnen Benzin und Diesel verbraucht, um die Fahrzeugflotte, die Binnenschiffe und stationär installierte Motoren anzutreiben. Um den Wasserstoff herzustellen, der die fossilen Energieträger im deutschen Transportwesen ersetzen könnte, müsste man 88 Kraftwerke mit einer jeweiligen Kapazität von 1.600 MW ununterbrochen gleichzeitig betreiben. Diese Strommenge wäre das 2,3 fache dessen, was heute in Deutschland an Elektrizität produziert wird. Oder man müßte 46% des elektrischen Stroms verwenden, den alle Kernkraftwerke der Welt zusammen erzeugen, um den flüssigen Wasserstoff allein für das deutsche Transportwesen bereit zu stellen.

Wie oben bereits ausgeführt, ist der Energiegehalt von Wasserstoff mit 33 kWh/kg um 2,7 mal höher als der Energiegehalt von Benzin/Diesel mit 12 kWh/kg. Man muss in diesem Zusammenhang aber auch das spezifische Gewicht von Wasserstoff berücksichtigen, das mit 0.071 kg/l weniger als ein Zehntel des spezifischen Gewichts von Benzin beträgt, das sich auf 0.75 kg/l beläuft. Das sich daraus ergebende Volumenverhältnis von 1:10,56 ergibt in Bezug auf den Energiegehalt ein Energieäquivalenzverhältnis von 1:3,84. Das bedeutet für ein Auto, das auf Wasserstoff umgestellt werden soll, ohne an Reichweite einzubüssen, dass sein bisheriger Tank für 60 l Benzin durch einen Tank von mindestens 230 l für flüssigen Wasserstoff ersetzt werden müsste.

Auch Sicherheitserwägungen sprechen gegen Wasserstoff, dessen Zündenergie nur ein Zehntel derjenigen von Benzin beträgt. Die Temperatur der unsichtbaren Wasserstoffflamme beträgt 2.045° C. In Verbindung mit Luft bildet Wasserstoff eine explosive Mischung. Die Explosionsgefahr ist in dem sehr weiten Bereich von 4 - 75 Volumenprozent gegeben. Das ist weitaus mehr als das Explosionsspektrum von Benzindampf. Im Bereich von 18 - 59 Volumenprozent detoniert Wasserstoff mit vernichtenden Folgen. Eine derartige Explosion erzeugt Schockwellen, die sich mit einer Geschwindigkeit von 1,9 Kilometer pro Sekunde ausbreiten, also erheblich schneller als der Schall. Der Druck derartiger Wellen kann bis zu 14 Bar betragen. Keine Mauer und schon gar kein Mensch in weitem Umkreis könnten eine solche Explosion überstehen.

Ausserdem ist zu beachten, dass Wasserstoff sich extrem ausbreitet. So kann dieses Element sogar dicke Stahlwände diffundieren. Für alle, die die unregelmäßig anfallenden erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne zur Erzeugung von Wasserstoff nutzen wollen, stellt sich damit ein nicht lösbares Speicherproblem. Der von grüner Seite oft gemachte Vorschlag der Lagerung von Wasserstoff unter hohem Druck in unterirdischen Höhlen ist äußerst verantwortungslos, denn auch das festeste Gestein könnte den Wasserstoff nicht zurück halten.

Quelle:
Otto Wildgruber: Hydrogen As Energy Source - An Introduction, ENERGY & ENVIRONMENT, Volume 17, No. 2, 2006, MULTI-SCIENCE PUBLISHING, Brentwood, UK, pp. 275-279.

Kommentare:

Anonym hat gesagt…

Jungs, ihr braucht eine Seite bei Facebook.Im Notfall kann ich euch eine erstellen ;)

Anonym hat gesagt…

Ich will jetzt nicht auf die details eingehen, aber für mich ist klar diesen text hat ein antiwasserstoffmensch geschrieben :) komisch ist nur das es trotzdem wasserstoffautos gibt die mit 4 kg wasserstoff 400 km weit fahren im punkto herstellung geb ich ihm teilweise recht die herstellung ist aufwendig kann aber über erneuerbare energien sauber erzeugt werden. Wenn man umwelttechnisch brennstoffzellen mit batterien vergleicht ist die frage welche rohstoffe dafür benutzt werden und wie schädlich deren gewinnung und die spätere entsorgung ist

Anonym hat gesagt…

Wasserstoff hat nachteilewie alles,
Wasserstoff an sicht ist nicht explosiv,
Es bedarf einer spezifischen mischung um eine explosion zu erzeugen. Im Gegensatz zu anderen gasen ist es ungiftig für menschen. Und das was am wichtigsten ist, es ist für jeden einzelnen selbst produzierbar, eben durch elektrolyse und ggf solar energie. Ich kenne kluge Menschen die sich ein solar-akku-wasserstoff kreislauf gebaut haben, und damit seit über zehn Jahren richtig viel geld gespart haben.
Es ist die beste Alternative die es momentan gibt.

Ich finde wenn jemand eine Technik kritisiert, muss man erstmal eine alternative bringen. Und egal wie viel besser Erdöl ist, was bringt es uns wenn es begrenzt ist??

Ich interesse mich immer für die Gegenseite um mal beides gehört zu haben, aber leider konnte ich bei diesem Artikel nicht viele Argumente finden, die mir sagen, dass es keine gute Alternative ist. Volumen gut und schön macht man es halt grösser und verstaut es in dem boden um das haus zu versorgen. Dafür bleibt es warm im winter wenn die fossilen brennstoffe ausgehen.

Anonym hat gesagt…

Ganz vergessen, ich halte nicht viel von den Grünen, da auch diese meiner Meinung nach nicht alle Fakten gut genug recherchieren um sich das Gesamtbild anzuschauen.
Aber ich experimentiere momentan auch an einem wasserstoffkreislauf zur Energieversorgung und die Werte sind kein neues Wunder, aber für die Realität in der wir leben absolut effektiv einsetzbar.

Anonym hat gesagt…

Wasser ist aber auch nicht endlos vorhanden. Wird ziemlich trocken irgendwann..
Wenn ich richtig überschlagen habe, braucht man für 1000 PS ca. 7,5 Liter Wasser.