Wasserstof als Treibstoff

Hallo zusammen,

ich habe eine sehr theoretische Frage zum Thema Wasserstoffgewinnung und Verbrauch als Treibstoff in Brennstoffzellen.

Seit einiger Zeit bin ich Nutzer eines Car-Sharing Angebotes in München. Die Fahrzeuge werden mit Wasserstoff betankt, welches über eine Brennstoffzelle Strom erzeugt und einen E-Motor antreibt. Das finde ich total super und ich bin seitdem ein Fan von Wasserstoff.

Da denkt man doch gleich, dass Wasserstoff eine tolle Alternative zu Benzin ist - und man „nur“ Sonnenenergie in Wasserstoff umwandeln muss - und alles wird gut.

Ich weiß, dass die Gewinnung von Wasserstoff in einer ausreichenden Menge, die den Verbrauch von Benzin oder Diesel ausgleichen würde, im Moment oder in naher Zukunft nicht möglich ist.

Man bräuchte z.B. riesige Elektrolyse Systeme in sonnenreichen Gebieten, wie z.B. in Afrika. Da gibt es aber jede Menge Fragen zur Wasserversorgung, politischen Stabilität und dem Transport von Wasserstoff in andere Ländern.

Doch nehmen wir einmal an, es würden solche gigantischen Elektrolyse Systeme auf Sonnenenergie Basis in Nordafrika geben, die soviel Wasserstoff produzieren um ALLE Fahrzeuge in Europe mit Wasserstoff zu versorgen. Nehmen wir an, die Anlagen haben kein Problem mit Wasser und transportieren den Wasserstoff günstig und CO2 neutral nach Europe.

Meine (theoretische) Frage ist jetzt:

Wenn in Nordafrika Wasserstoff produziert wird, entsteht jede Menge Sauerstoff in Nordafrika.

Wenn die Fahrzeuge in Europa Wasserstoff über die Brennstoffzelle in Wasser umwandeln, wird jede Menge Sauerstoff aus der Luft verbraucht.

Wie könnte sich das auf die Sauerstoffkonzentration in Deutschland auswirken ? Wie schnell würde die erhöte Suaerstoffkonzentration in Nordafrika sich nach Deutschland wieder ausgleichen ? Welche Nachteile könnte sich eine erhöhte Sauerstoffkonzentration auf die Menschen in Nordafrika auswirken ?

Danke und viele Grüße

Pivot

[Frage verschoben - www Team]

Hallo,

Momentan ist der Wasserstoffantrieb (vom Umweltstandpunkt gesehen) noch keine Alternative - der Wasserstoff wird aus Kohle und Erdgas gewonnen.

Die Elektrolyse ist momentan nicht rentabel möglich. Die derzeitigen Systeme arbeiten äußerst unrentabel. Es wird also für die Elektrolyse mehr Energie verbraucht, als am Ende in Form von Wasserstoff zur Verfügung steht.

Einfacher wäre es vielleicht, wenn man in Afrika nur den Strom herstellt und dann über Trassen nach Europa leitet. Es gab in den 90er und Anfang der 2000er Jahre recht vielversprechende Ansätze. Ein Startup sammelte sogar schon Geld.

Und genau daran dürfte es in den nächsten Jahrzehnten scheitern. Durch den so genannten arabischen Frühling ist der Norden Afrikas auf Betreiben der USA unter Duldung und sogar dem Feiern der EU destabilisiert worden. Ehe man hier ernsthafte technische Kooperationen in Angriff nehmen kann, muss sich noch einiges ändern. (Eine Diktatur kann auch Vorteile haben - zumindest gegenüber einer Anarchie.)

Das sind interessante Fragen, die ja einen Einfluss aufs Klima haben. Hierzu kann ich leider nichts sagen und bin auf Antworten anderer gespannt. (Mit den Stromtrassen könnte man natürlich die Herstellung des Wasserstoffs da vornehmen, wo er wieder verbraucht wird.)

Grüße

Hallo!

Schau dir mal die CO2-Konzentration der Atmosphäre an:

Man sieht deutlich die hohe Konzentration, die von den Ländern ausgeht, die viele fossile Brennstoffe verheizen.

Allerdings liegen die Konzentrationen im Bereich von 0,0365 bis 0,0380%, das ist ja fast nix. (reicht aber für die Klimaerwärmung)

Wenn man das auf Wasserstoff als Brennstoff ummünzt, dürfte es Schwankungen in der Sauerstoffkonzentration geben, die ungefähr in der gleichen Größenordnung liegen, wie heute beim CO2, nur eben andersrum, mit hoher Konzentration in Afrika.

Bei einer durchschnittlichen Konzentration von etwa 21% fällt das nicht ins Gewicht.

Man wird höllisch aufpassen müssen, daß die Sauerstoffkonzentration dort, wo er in die Atmosphäre gelassen wird, nicht so hoch wird, daß es zu Bränden kommen kann, aber schon in einer geringen Entfernung wird das nicht viel anders sein, wie mit den CO2 in ner Großstadt.

Spannend könnte auch die Frage sein, wie sich das Klima in Gegenden verändern würde, die massenhaft Wasserdampf durch den Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff in die Luft entlassen würden. Ob dann über einem Ballungsraum dauerhaft dicker Nebel bei kaltem Wetter liegen würde? Ob im Sommer die Sonne noch durch die dicken Regenwolken durch käme? Ob es eine massive Zunahme von Regenfällen mit den entsprechenden Folgen geben würde? Solange das alles noch mehr experimentellen Charakter hat, ist das ja alles kein Thema.

Man könnte das Wasser wie beim Wäschetrockner in einem Tank sammeln.

Gruß,

Kannitverstan

Hallo!

Technisch steht der H2-Herstellung in großem Stil nichts im Weg.

Ist eine Möglichkeit. Wobei die Elektrolyse am Ort der Photovoltaik stattfinden kann und man transportiert den Wasserstoff oder man leitet el. Strom zu weit entfernten Orten, wo die Elektrolyse stattfindet. Ist ein Rechenexempel. Technisch sind beide Lösungen möglich.
Strom für die Elektrolyse kann auch aus Windkraft kommen. Bei uns stehen viele Windkraftanlagen immer wieder längere Zeit still, weil der erzeugte Strom mangels Speichermöglichkeit nicht abgenommen werden kann. Bei einer Kombination von Windpark und Elektrolyseur könnten die Anlagen durchgängig laufen, wahlweise Strom ins Netz einspeisen oder eine Elektrolyseanlage versorgen.

Sobald wir solche Sorgen haben, sind wir glücklich dran. Der Sauerstoff aus der Luft wird derzeit in noch größerem Maß in Verbrennungsmotoren verbraucht bzw zu CO2 verbrannt, während bei der Wasserstoffherstellung per Elektrolyse weder Wasserstoff noch sonst irgendwas verbraucht wird.

Riesige zentrale Anlage zur Stromerzeugung und Elektrolyse sind ein Weg. Parallel dazu sollten dezentrale Anlagen gebaut werden. So sind Anlagen denkbar (und in Planung), die nur Sonne und Regenwasser brauchen, die autark Wasser aufbereiten, Wasserstoff per Elektrolyse herstellen und tankfähig verdichten.

Gruß
Wolfgang
.

Hallo,
Wasserstoff kann man recht gut herstellen, wenn man Strom zuviel hat. Das kann in windreichen Zeiten an der Nordsee passieren, wenn der Strom nicht an Land gebraucht oder geschafft werden kann. Fuer diese seltenen Einsaetze baut man bisher noch keine Wasserstoffproduktion am Windrad auf. Man schaltet den Windpark ab (einzelne Raeder, je nach Erstelldatum andere Regelungen), oder laesst den Strom dennoch bezahlen vom deutschen Verbraucher, auch wenn der Strom ins Ausland verschenkt wird.

Hallo!

Dass mehr Energie gebraucht wird, als der erzeugte Wasserstoff Heizwert hat, liegt am Wirkungsgrad des Elektrolyseurs von < 100 %. Daran wird sich ganz sicher nie etwas ändern können. Spielt nur eine Rolle, wenn die Energie für die Elektrolyse aus fossilen Energieträgern kommt, aber nicht bei Energie aus Wind oder Sonne. Die Anlagen kosten Geld, aber Wind- und Sonnenenergie als solche sind gratis. Letztlich wird aus Gratisenergie der speicher- und transportfähige Energieträger Wasserstoff hergestellt. Die Konstruktions- und Rechenaufgabe besteht darin, die Kosten der erforderlichen Anlagen so zu gestalten, dass ein akzeptabler Preis für die kWh aus H2 heraus kommt.

Muss uns aber nicht hindern, Elektrolyseure zur Wasserstofferzeugung aus Wind-, Sonnen- und Gezeitenkraftwerken zu versorgen.

Gruß
Wolfgang

Hi,

Bin kein Experte und habe das auch nicht mathematisch analysiert, aber ich denke, daß Du da die Sauerstoff- und Wasserstoffmengen total überschätzt. Die lokal veränderte Konzentration wäre wohl ungefähr so viel, wie wenn eine Mücke ins Eismeer pinkelt, um mal eine finnische Redensart zu bemühen. :grin:

Gruß T

Korrektur:

Statt

Der Sauerstoff aus der Luft wird derzeit in noch größerem Maß in Verbrennungsmotoren verbraucht bzw zu CO2 verbrannt, während bei der Wasserstoffherstellung per Elektrolyse weder Wasserstoff noch sonst irgendwas verbraucht wird.

muss es heißen:

Der Sauerstoff aus der Luft wird derzeit in noch größerem Maß in Verbrennungsmotoren verbraucht bzw zu CO2 verbrannt, während es sich bei der Wasserstoffnutzung um einen Prozess handelt, bei dem in der Elektrolyse Wasser zerlegt wird und in der Brennstoffzelle wieder Wasser entsteht. Am Ende sind alle Stoffe wieder vorhanden wie zuvor.

Anmerkung: Sollte ich mich irren, entschuldige ich mich im Voraus. Ich kann mich des Eindrucks nicht erwehren, dass es bei der Frage gar nicht um Besorgnis über Sauerstoffkonzentration geht. Es ist eine Frage, um Traffic zu erzeugen oder eine Frage aus der Bedenkenträger- und Problemsucherszene, die alles beim Alten lassen wollen und seit Jahren das Haar in der Suppe der Wasserstofftechnologie suchen.

Gruß
Wolfgang

Hallo zusammen,

herzlichen Dank schonmal für die vielen Antworten.

Was ich aus Euren Beiträgen gelernt habe, möchte ich kurz zusammenfassen:

(Bitte um Berichtigung, wenn ich falsch liege)

  1. Sauerstoffverbrauch

Die Verbrennungsmotoren verbrauchen Sauerstoff in dem sie CO2 erzeugen. Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug verbraucht auch Sauerstoff in dem es H2O erzeugt. H2O ist besser als CO2. Ich glaube, dass die Menge an Sauerstoff, die ein Wasserstoff Auto erzeugt, genauso - oder nicht viel höher ist, als ein Verbrennungsmotor.

Daher war meine Annahme vermutlich falsch, dass Wasserstoff betriebende Fahrzeuge uns die Luft zum Atmen nehmen würden. Es würde wohl kaum einen Unterschied machen was den Sauerstoff betrifft. Die fehlenden schädlichen Abgase würden uns eher wieder richtrig aufatmen lassen.

  1. Wasserdampf

Bei Verbrennungsmotoren ensteht jede Menge Wasserdampf.

Ich glaube nicht, dass bei einer Brennstoffzelle signifikant mehr Wasserdampf ensteht als bei einem Motor, der Benzin oder Diesel verbrennt. Auch dass sollte kein Problem für die Umwelt sein, bzw. uns nicht anders vorkommen als sonst.

  1. Sauerstoff Überschuss

Wenn in Gegenden, wie z.B. Nordafrika, riesige Anlagen Wasserstoff produzieren, dann ist wohl die Sauerstoff Konzentration nur lokal bemerkbar, welches man technologisch lösen könnte, wenn es überhaupt ein Problem darstellen würde.

  1. Produktion von Wasserstoff mit Elektrolyse

Wenn man Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft nutzt, ist der Wirkungsgrad, z.Zt ca. 60+%. Das ist jedoch vollkommen irrelevant, da z.B. die Sonnenenergie kostenlos zur Verfügung steht - und ihre Energie zur Erde schickt - ob wir sie nun nutzen oder eben nicht. Lediglich die Kosten für den Bau und Erhalt der Anlagen und den Transport des Wasserstoffes ist Relevant. Die Kosten für die Wasserstoffproduktion muss einfach nur günstiger sein, als die Gesamtsumme von Kosten für fossilem Treibstoff, Umweltauswirkungen und Auswirkungen auf unsere Gesundheit und der Gesundheit unserer Kinder und zukünftigen Generationen.

  1. Politische Lage in Afrika

Naja, dann machen wir das halt in Spanien (Solaranlagen) - oder vernetzen Europaweit alle alternativen Energiequellen. (Wind, Photovoltaik, Wasser, usw).

Meines Erachtens dreht sich alles in Zukunft nur um die Frage, wie wir Energie, die uns von der Sonne, Wind und Wasser, usw. zur Verfügung steht, speichern können. Wasserstoff ist aus meiner Sicht ein sinnvoller Ansatz.

Viele Grüße

Pivot

Ich habe mir irgendwann mal näherungsweise einen Ausstoß von 10 Litern Wasser(dampf) pro Stunde gemerkt. Dagegen müßte man natürlich rechnen, daß auch ein Verbrennungsmotor Wasser ausstößt.

Der Sauerstoff auf der Erde stammt aus der Photosynthese von Meeresalgen und Landpflanzen. Im Winter auf der Nordhälfte entsteht wenig Sauerstoff, im Sommer viel. Auf der Südhälfte ist es umgekehrt. Und doch gleicht es sich im Jahresverlauf aus. Ob man jetzt in Afrika Elektrolyse macht oder anderswo ist irrelevant.
Auch der Wechsel von Biosynthese (Verbrauch von CO2 aus der Luft) im Frühjahr „wenn die Bäume sprießen“ und im Herbst die Freisetzung von CO2 durch die Verrottung von Laub unter Sauerstoffverzehr und das nach Jahreszeiten auf der Erde zeitlich getrennt auftretend, zeigt, dass Deine Überlegungen/Bedenken über Ungleichgewichte keine wirkliche Rolle spielen.
Udo Becker

OK, dass habe ich verstanden.

Wenn (theoretisch) alle Fahrzeuge in Europa, Wasserstoff beim Antrieb Sauerstoff verbrauchen würden, wäre es also kein Problem für die Sauerstoffkonzenration in der Luft in Europa, weil Global gesehen es keine Rolle spielt und es sich ausgleicht. Speziell, wenn bei der Elektrolyse Sauerstoff erzeugt wird.