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Über dieses Buch

Warum ist Wasserstoff ein Energieträger? Wie funktionieren Brennstoffzellen? Wie setzen wir Wasserstoff in den künftigen Fahrzeugen ein? Wie sicher ist die Technik?

Das kompakte Buch beschreibt verständlich die physikalischen und chemischen Grundlagen der Wasserstofftechnologie und erläutert die zu erwartenden technischen Lösungen. Es stellt die Probleme dar und ermöglicht, die Anstrengungen von Industrie und Forschung zur breiten Einführung dieser Technik besser zu verstehen.

Die Autoren erklären anschaulich die Funktionsweise der wichtigsten Komponenten in der Wandlungskette vom regenerativen Strom zum Fahrzeugantrieb und zeigen deren technische Entwicklungspotenziale auf. Unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit bewerten sie die mit dem Energieträger Wasserstoff realisierbare Nachhaltigkeit des Energiekreislaufs.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Der Energieträger Wasserstoff

Zusammenfassung
Das weitaus häufigste Element unserer Welt ist Wasserstoff. Elementar kommt das Gas in der Natur aber so gut wie nicht vor. Es muss unter Energieaufwand aus Verbindungen herausgelöst werden. Da genau die dazu nötige Energie beim Verbrennen wieder frei wird, stellt Wasserstoff einen Energieträger und Kraftstoff dar. Er kann ohne schädliche Emissionen zu Wasserdampf verbrannt werden. Wasserstoff ist damit ein passendes Speichermedium für grünen Strom. In diesem Kapitel wird gezeigt, dass wir regenerative Energie in steigendem Maße nutzen und auch speichern müssen, dass Wasserstoff als Kraftstoff im Verkehr (im Zusammenhang mit Brennstoffzellen) oder rückverstromt zur Stabilisierung der elektrischen Netze wie auch als industrieller Rohstoff wichtig werden wird. Beeindruckend ist dabei die bisherige Geschichte des Wasserstoffs und seiner technischen Anwendung – er wird sicher und erfolgreich seit etwa zweihundert Jahren genutzt.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

2. Sicherung der Mobilität mit regenerativen Energien

Zusammenfassung
Vor reichlich 150 Jahren war es zunächst die Eisenbahn, die die Geschwindigkeit des Reisens immens steigerte. Unser heutiges Verständnis von individueller Mobilität ist durch die Massenmotorisierung geprägt. Dies wirft zum einen die Frage nach dem Energieaufwand dafür auf, wirken steigende Kosten für die fossilen Kraftstoffe und ihre Klimawirkung doch als wichtiger Hebel zur Entwicklung kraftstoffsparender Technologien. Eine zweite spannende Frage ist die nach der Ablösung der fossilen Kraftstoffe durch regenerativ erzeugte Energieträger. Hier ist die Nachhaltigkeit der gesamten zukünftigen Kreisläufe für Energie, aber letztlich auch für Nahrung und Wasser zu fordern. Wasserstoff selbst als Energieträger erweist sich dabei als aussichtsreichste Variante, weil bei allen „Wasserstoffverpackungen“ durch die zusätzlichen Reaktionsschritte zur Herstellung und bei der Nutzung gegenwärtig einfach zuviel vom regenerativen Energieinput, den wir u. a. mitWind- und Photovoltaikanlagen ernten, in kaum nutzbare Wärme umgewandelt wird.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

3. Brennstoffzellen als effiziente Energiewandler

Zusammenfassung
Im Wettbewerb um die rationellsten Umformung und Speicherung regenerativer „grüner“ Energie, um unsere Bedürfnisse hinsichtlich der Versorgung mit Energie in Form von Wärme, Strom und Kraftstoffen zu erfüllen, kommt den Brennstoffzellen eine immens wichtige Rolle zu. Sie können in einem Schritt chemische Energie in elektrische Energie wandeln und sind damit etwa doppelt so effizient wie unsere klassischen Verbrennungsmotoren. Dies ist der Hintergrund der gegenwärtigen Entwicklungsanstrengungen, um die passenden Brennstoffzellen für die Autoindustrie, aber auch für die zuverlässige Stromversorgung bei Windflaute und in der Nacht als auch für die Wärme-/Kälteversorgung zu entwickeln. Motivation genug, um nicht nur nach der inneren Funktion dieser elektrochemischen Wandler sondern auch nach den physikalischen Grenzen dieser Technik zu fragen.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

4. Antriebe mit Brennstoffzellen

Zusammenfassung
Konzentrieren wir uns auf die Zukunft nachhaltiger Verkehrslösungen auf der Grundlage regenerativen Stroms aus Wind- und PV-Anlagen, dann interessieren die Details der kommenden Elektromobilität. Die zugehörigen Antriebsstränge beinhalten immer hocheffiziente Elektromotoren, gespeist aus der Batterie oder aus einer Brennstoffzelle, aber auch die direkte Speisung über die (Ober-)leitung bleibt im Gespräch. Eine Idee des Wandels vermitteln die gegenwärtig noch mit Verbrennungsmotoren ausgestatteten Hybridfahrzeuge, die mehr oder wenig große Strecken bereits rein elektrisch bewältigen können. Damit ermöglichen sie einen weiteren signifikanten Schritt der Einsparung fossiler Kraftstoffe, gleichzeitig erreicht die Fertigung der EMotore die notwendige Entwicklungsreife.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

5. Wasserstoff als Kraftstoff

Zusammenfassung
Für die Umstellung unserer gegenwärtig durch flüssige Kraftstoffe dominierten Betankungssysteme auf gasförmigen Wasserstoff haben wir mit komprimiertem Erdgas (CNG) und Propangas bereits Erfahrungen sammeln können. Die in diesem Kapitel behandelte Herstellung, Speicherung und Verteilung von Wasserstoff stellt ähnliche Anforderungen und erfordert außer der Motivation vor allem die Sensibilisierung der Nutzer für die neue Technologie. Daher gehen wir auch auf den sicheren Umgang mit diesem sauberen Kraftstoff ausführlich ein.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

6. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge

Zusammenfassung
Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik klingen zunächst futuristisch. Schaut man aber auf die Vielzahl der Anwendungen, dann handelt es sich um eine jahrzehntelang „gereifte“ Technologie. Von der Apollo-Mission über U-Boote bis zum unermüdlichen Gabelstapler in unseren Warenlogistik-Zentren oder dem Rennwagen, der auf 100km nur 7g Wasserstoff benötigt, spannt sich der Bogen der ersten Anwendungen. Wie sehr unser heutiges Leben durch Smartphone und PC beeinflusst werden, war vor zwanzig Jahren kaum vorstellbar, bald werden Wasserstoff-USB-Lader auch in Europa das Laden unserer I-Phones fernab der Steckdose ermöglichen. So bahnen sich ähnliche Veränderungen im Energiebereich durch Wasserstoff und seine Nutzung an – wenngleich vielleicht die Mikroleitung tiefkalten Wasserstoffs zu jedem Gebäude gegenwärtig unser Vorstellungsvermögen noch übersteigt. Lassen wir uns also mit Blick auf die gegenwärtigen Lösungen von den zukünftigen Entwicklungen überraschen, an denen Ingenieure, Konstrukteure, Chemiker und Physiker bereits intensiv arbeiten.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

7. Wege zur Nachhaltigkeit mit Wasserstoff

Zusammenfassung
Mit Blick auf den künftigen Einsatz von grünem Wasserstoff fassen wir abschließend die Grundgedanken für eine nachhaltige Energieversorgung zusammen. Die Nutzung von Wasserstoff Nutzung stellt einen integrierenden Bestandteil der Energiewende dar. Dabei werden sich die drei Bereiche der Energiewirtschaft – Stromversorgung in Energieinseln und durch Netze, Kraftstoff für den Verkehrssektor und der Wärmemarkt (Wärme und Kälte) – in steigendem Maße vernetzen.
Jochen Lehmann, Thomas Luschtinetz

Backmatter

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