Inhalt.

1. Fahrzeugantriebs - Konzepte, mit Wasserstoff.
– Wasserstoff - Kraftfahrzeugantrieb: Vorschläge, Forschungen, Überblick.

• 1.1. Hybridmotor / Hybrid-fuel vehicle  –  (Bivalenteantrieb).

• 1.2. Hybrid- Antrieb –  (Assistenzbetrieb).

• 1.3. Brennstoffzellenfahrzeug. –  (Direktbetrieb).

2. HPSU - Wasserstoff - Batterie - für Kraftfahrzeugantrieb und Stromspeicherung.
ENERGIEWENDE :( Energiespeicher für die Energiewende / Pufferspeicher für Stromversorgung. )
–  Hydrogen - Battery - Hydrogen Production - Storage Unit. (HPSU) - for vehicle propulsion, and power storage.

• 2.1. Fotos - Basis Modul ( Basis Einheit ) – HPSU Battery - TEST Fahrzeug -

• 2.2. Video abspielen - TEST Fahrzeug –

• 2.3. Gegenüberstellung, Vergleich zwischen HPSU und Wasserstoffspeichertechnologien - Systeme.

• 2.4. Presse - Daimler und der Gashersteller Linde - Gemeinsame Sache für mehr Wasserstoff. - DIE ZEIT Magazin.

•  2.5. REST - RISIKO - FAKTOR : Unfallrisiko (Feuer, Explosionsgefahr) bei Wasserstoffahrzeugen.

• 2.6. Kein Feuer, oder Explosionsgefahr beim, mit - HPSU - aufgerüstete Wasserstoffahrzeugen.

• 2.7. – ENERGIEWENDE – Energiespeicher für die Energiewende –

 – 2.7.1. ENERGIEWENDE :Visionen, Ideenskizze, Projektideen, mögliche Applikationsfelder der HPSU Batterien.

 –  2.7.2.ENERGIEWENDE :Ein offene, MARKT- und SYSTEMINTEGRATION . . .mit HPSU . . .

3. Glossar - Wasserstoff.

• 3.1.Wasserstoff : Herstellung.

• 3.2. Geschichte.

4. Glossar - Wasserstoffspeichertechnologien.
– Wasserstoffspeichertechnologien – Systeme – für Kraftfahrzeugantrieb: Vorschläge, Forschungen, Überblick.

• 4.1. Kryogene Speicherung  – flüssiger Wasserstoff - Fahrzeugtanks – LH2 : – Liquid / Liquefied Hydrogen ( LH2) .

• 4.2. Hochdruckspeicherung  – Hochdruck Tanksystem 350 / 700 bar – CGH2 :  – Compressed gas ( CGH2 ).

• 4.3. Feststoffspeicherung  – SOLID HYDROGEN STORAGE – Carbon and other HSA (High Surface Area).

• 4.4. Metal Hydride Family – Metalllegierungen (Metall-Wasserstoff-Legierungen)

5. Glossar - Die Brennstoffzelle.

• 5.1. Aufbau einer Brennstoffzelle und ihre Funktionsweise.

• 5.2. Arten von Brennstoffzellen.

6. Glossar - Brennstoffzellen-Antrieb für Kraftfahrzeuge (PEM-FC).

• 6.1. Polymer Electrolyte Membran Fuel Cell (PEM-FC)

7. Glossar - Eigenschaften von Wasserstoff und Wasserstoff Atom.

• 7.1. Energiedichten im Vergleich – Eigenschaften von Wasserstoff.

• 7.2. Matrizen-Quantenmechanik –  (Werner Heisenberg - Physikalische Eigenschaften eines Atoms )

–7.2-a. Bemerkung  –  ( Max Planck begründete in 1900 die Quantenphysik... )

• 7.3. Wellenmechanik.  –  ( Quantenmechanische Schrödinger- Gleichung / Hydrogen Schrodinger Equation )

• 7.4. Druck macht Wasserstoff ( Hydrogen ) metallisch.

• 7.5. Large Hadron Collider (LHC).  –  ( Wasserstoff ( Hydrogen ) - am Genfer Kernforschungzentrum - Cern )

• 7.6. NASA. – ( findet Wasser auf dem Mond )

8. Glossar - Rolle des Wasserstoffs, im neuen globalen Energiesystem.

• 8.1. Europäisches Wasserstoff Verbände, Organisationen-

• 8.2. Rolle des Wasserstoffs angesichts der Herausforderungen im neuen globalen Energiesystem.

• 8.3. PRESSE.  – Antriebstechnik – Alternativer Antrieb –
( Wasserstoffantrieb - oder - Batterieelektrisches Fahrzeuge bzw. Plug-in Hybridantrieb, PRO und KONTRA.)

1. Fahrzeugantriebs - Konzepte, mit Wasserstoff als Energieträger.

1.1. – Hybridmotor   ( Bivalente Antrieb )

Englisch: Hybrid fuel (dual mode) / Bi-fuel vehicle.

(Liquified petroleum gas (LPG) (autogas), Compressed Natural Gas(CNG), Hydrogen (H2)....;)

Bivalente Antriebe sind in der Lage, in einem Motor zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu verbrennen.

Motivation ist die Nutzung alternativer Kraftstoffe wie Erd-, Biogas, Flüssiggas und Wasserstoff in Fahrzeugen,
die weiterhin auch mit Benzin fahren können.

Die meisten Autokonzerne setzen auf die Entwicklung der Brennstoffzelle beim Wasserstoffantrieb, wegen ihres höheren Wirkungsgrades mit allerdings vergleichsweise geringeren Fahrleistungen und höheren Kosten.

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1.2. – Hybridantrieb    ( Assistenzbetrieb )

Hybridantrieb bezeichnet allgemein die Kombination verschiedener Techniken für den Antrieb. Der Antrieb ist also hybrid.

Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, in dem mindestens zwei Energieumwandler und
zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme vorhanden sind, um das Fahrzeug anzutreiben.

Energiewandler sind beispielsweise Elektro-, Otto- und Dieselmotoren, Energiespeicher sind beispielsweise Batterie oder Kraftstofftank.

Ein Hybridelektrokraftfahrzeug ist ein Kraftfahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor und einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und die Energie aus einem Betriebskraftstofftank und einer Speichereinrichtung (im Fahrzeug) für elektrische Energie bezieht.

Der Hybridantrieb wird im Automobilbau eingesetzt, um die Effizienz zu verbessern, den fossilen Kraftstoffverbrauch zu verringern oder die Leistung im niedrigen Drehzahlbereich zu steigern.

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-Weblinks-
U.S. Department of Energy:   Fuel Economy.

•   How Hybrids Work..

•   Hybrid-electric vehicles (HEVs).

•   Compare Hybrids Vehicle Side-by-Side.

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1.3. – Wasserstoffbetriebene brennstoffzellenelektrische Fahrzeuge    -   ( Direktbetrieb - Brennstoffzellenautos )
Fuel Cell-electric Vehicles  –  FCVs  –

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Definition der E - Mobilität. ( e-mobility )  

Unter E-Mobilität versteht man die Möglichkeit Fahrzeuge mithilfe von elektrischen Motoren anzutreiben.

Diese elektrischen Motoren werden von Elektronen gespeist, die entweder aus einer Batterie stammen oder von einem Generator wie z.B. einer Brennstoffzelle oder von beiden zusammen (Hybridisierung).

Diese Art von E - Mobilität mit Batterien (BEVs) oder Brennstoffzellen (FCVs) ist die einzig wirkliche Null - Emissions - Antriebstechnologie, die nicht ständigen Kontakt zu einem Stromversorgungssytem benötigt (wie z.B. Straßenbahnen, Oberleitungsbusse...) und doch einen sehr effizienten Energieeinsatz sicherstellt, auch durch Bremsenergierückgewinnung.

•  FCVs - Wasserstoffbetriebene brennstoffzellenelektrische Fahrzeuge; – Brennstoffzellenfahrzeug – Fuel Cell Vehicle ( FCVs )

•  E-Auto - BEVs: - Batterieelektrisches Fahrzeug; – E-Fahrzeug; – Battery Electric Vehicle ( BEVs - E-Auto )

Der beste Weg, die Zukunft vorherzusagen, ist, sie zu erfinden.

Ausspruch des Computerpioniers Alan Curtis Kay

Wir wollen die Zukunft nicht vorhersagen, sondern selbst gestalten.

Inhalt :

2.1. Fotos. – Basis Modul ( Basis Einheit ) – HPSU Battery - TEST Fahrzeug -

2.2. Video abspielen. – TEST Fahrzeug: –

2.3. Gegenüberstellung, Vergleich zwischen HPSU (Einheit) und Wasserstoffspeichertechnologien - Systeme.

2.4. Presse - Gemeinsame Sache für mehr Wasserstoff. – Daimler und der Gashersteller Linde - DIE ZEIT Magazin.

2.5. REST - RISIKO - FAKTOR : Unfallrisiko (Feuer, Explosionsgefahr) bei Wasserstoffahrzeugen.

2.6. Kein Feuer, oder Explosionsgefahr beim, mit - HPSU - aufgerüstete Wasserstoffahrzeugen.

2.7. – ENERGIEWENDE –( Elektrische Energie / Strom - SPEICHER / Pufferspeicher für Stromversorgung. )

•  2.7.1.ENERGIEWENDE - Visionen, Ideenskizze, Projektideen, mögliche Applikationsfelder der HPSU Batterien.

•  2.7.2.ENERGIEWENDE - Ein offene, MARKT- und SYSTEMINTEGRATION . . .mit HPSU . . .

2.5 –  Unfallrisiko (Feuer, Explosionsgefahr) bei Wasserstoffahrzeugen.    ( – LH2 –  CGH2 –  HSA –  Metallhydride –  )

Bei einem normalen Verkehrsunfall stellt ein Fahrzeug mit Wasserstoffantrieb wie bei allen gas-betriebenen Fahrzeugen die Rettungskräfte vor zusätzliche Probleme.

So muss vor der Annäherung ans Fahrzeug eine Messung der Gaskonzentration durchgeführt werden, um evtl. Explosionsgefahren auszuschließen.

Solange eine explosive Mischung vorhanden ist können die Helfer den Verletzten nicht helfen da sie sich selbst in Lebensgefahr bringen würden.

Wasserstoff ist aber in dieser Beziehung noch gefährlicher als Benzin oder Autogas.

Dafür gibt es folgende Gründe:

1. Flüssiger Wasserstoff verdampft beim Austritt viel schneller und in größeren Mengen als Benzin und bildet daher viel schneller explosive Gemische mit der Luft.

2. Solche Gemische mit Wasserstoff explodieren mit viel größerer Gewalt als mit Autogas oder Benzin

3. Wasserstoff-Luft-Gemische explodieren in einem viel breiteren Mischungsverhältnis als Autogas-Luft-Gemische oder Benzin-Luft-Gemische.
Weiterhin können die Flammen verbrennenden Wasserstoffes bei Tageslicht normalerweise nicht mit bloßem Auge wahrgenommen werden, obwohl sie mit höherer Temperatur verbrennen als Benzin, aber bei Kontakt mit Fremdstoffen (mitverbrennenden Fahrzeugbestandteilen) färbt sich die Flamme.
Gegenüber Benzin hat Wasserstoff jedoch den Vorteil, keine Lachen bilden zu können.
Bei einem Leck verflüchtigt sich der Wasserstoff sehr schnell und stellt dann keine weitere Gefahr dar, kann aber währenddessen, wie oben beschrieben, schwere Explosionen verursachen.

Das Hauptproblem dürften Lecks sein.

Wasserstofftanks und Rohrleitungen müssen aufgrund des gegenüber z.B. Erdgas bzw. Propan/Butan geringeren Moleküldurchmessers wesentlich besser abgedichtet sein.

Manche Materialien sind ungeeignet, da sie für Wasserstoff durchlässig sind.

Lecks werden nicht nur zu hohen Transportverlusten beitragen, sondern bilden ein Sicherheitsrisiko, wenn sich Gas ansammelt und sich ein Wasserstoff-Luft-Gemisch bildet.

Ein Vorteil dabei ist jedoch die geringe Dichte des Wasserstoffs - entwichenes Gas steigt, solang es noch relativ rein und unvermischt ist, nach oben und kann sich nicht - wie Benzindämpfe, Propan oder Butan - in Vertiefungen sammeln.

Die Hindenburg-Katastrophe.

Erklärungen - die wahrscheinlichere Unfall Ursache:

Nach Abwerfen der Landetaue wurde die Oberfläche der Außenhülle des Luftschiffes wegen der geringeren elektrischen Leitfähigkeit des Außenhüllenstoffes weniger gut geerdet als das Gerippe des Luftschiffes.

Bei raschen Änderungen des atmosphärischen Feldes, wie sie bei einem Nachgewitter die Regel und auch im vorliegenden Fall anzunehmen sind, entstanden dann Potentialdifferenzen zwischen Stellen der Außenseite der Hülle und dem Gerippe.

Falls diese Stellen hinreichend feucht waren, was gerade in der Gegend der Zellen 4 und 5 infolge der vorangegangenen Durchfahrt durch ein Regengebiet wahrscheinlich war, konnten diese Potentialdifferenzen einen Spannungsausgleich durch einen Funken herbeiführen, der möglicherweise die Zündung eines über den Zellen 4 oder 5 vorhandenen Wasserstoff-Luft-Gemisches verursachte.

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2.6 –  Kein Feuer, oder Explosionsgefahr beim, mit - HPSU - aufgerüstete Wasserstoffahrzeugen.

Dagegen, beim HPSU - Wasserstofferzeugung und Speicherung Einheit, diese Gefahr, wie oben beschrieben, ist absolut ausgeschlossen,
weil reine Wasserstoffgas in molekular Form , existiert nicht, nur in kleine menge und auf kurze strecke,
von der Wasserstofferzeugung und Speicherung Einheit (HPSU) bis zum Wasserstoffverbrennungsmotor oder Brennstoffzelle.

– Wasserstoff ist speicherbarer Strom. –

•  POWER-to-GAS- Technologie zur STROMSPEICHERUNG: Die Umwandlung der Elektrizität in Wasserstoff (H₂) und bei bedarf (H₂) in Methan (CH₄) mit Hilfe von Methanisierung, Kohlenstoffdioxid (CO₂) + (H₂)  → (CH₄) + (H₂O) :
künstlich hergestellte Methan(Erdgas) SNG: "–Substitute Natural Gas–".

•  HPSU - Wasserstofferzeugung (per Wasserelektrolyse-Umwandlung der Elektrizität in Wasserstoff) und Speicherung Einheit.

•  HPSU - ist ein STROMSPEICHER. Durch das elektro-chemische Verfahren: Wasserelektrolyse, die elektrische Energie wird umgewandelt in langfristig speicherbare chemische Energie (Wasserstoff) - / Gesteuertes Laden von HPSU - Wasserstoff - Batterien / -

•  Die Rückgewinnung von gespeicherten elektrischen Energie (Strom) als Wasserstoff, ist mit sogenannten elektro-chemische Stromerzeuger: Brennstoffzellen realisierbar. - / Gesteuertes Entladen von HPSU - Wasserstoff - Batterien / -

•  In Brennstoffzellen die chemische Energie des Brennstoffes (hier Wasserstoff) direkt ohne Umwege in elektrische Energie (Strom) umgewandelt wird. Es ist nichts anderes als ein Umkehrreaktion der Wasserelektrolyse.

•  Die Applikationsfelder (Applikationen) 1, 2 und 3, sind auch mit stationäre Brennstoffzellen vorgesehen. Beim bedarf, die dienen für Stromversorgung (Hausversorgung und / oder Öffentliche Stromnetz , Smart Grids, durch IKT - Steuerungsintelligenz, Laden, Entladen).

•  Dabei entsteht Wärme. Die so entstandene Wärme, beim stationäre Brennstoffzellen (z.B. Heim Mini Wasserstoff - Hybridkraftwerk, Tankstellen... usw. ) kann die Brauchwassererwärmung und die Heizung unterstützen.( Kraft-Wärme-Kopplung )

•  Die Anzahl der kostengünstigen, preiswerten HPSU Batterien (..Kapazität..), muß dementsprechend angepaßt werden,
( für Autofahrt + Puffer - Wasserstoff (Strom) Speicher - Laden, Entladen, durch IKT - Steuerungsintelligenz / Hausversorgung / Smart Grids / ..für Stabilisierung der Energienetze...), mit dem Rücksicht auf die Leistung der Stromerzeugungsanlage.

•   Beim FCVs, und Pkws. mit Hybridantrieb die Brennstoffzelle, muß gekühlt werden, und die elektrische-strom sorgt für Mobilität.

•  Zu den Nachteilen der Technik gehört, dass die Umwandlung von Strom in Wasserstoff mit Wirkungsgradverlusten verbunden ist.
So bleibt bei der Herstellung von Wasserstoff nur ungefähr 75 Prozent der eingesetzten Energie übrig.
Aber solche Verluste erhöhen die Kosten nichts, oder sind nicht so bedeutend , weil

die ursprüngliche Energie, Wind- und Sonnenkraft, kostenlos und zeitweise im Übermaß anfällt.

– Wasserstoff ist speicherbarer Strom –

Zitat:  " Fehlende STROMSPEICHER sind neben den fehlenden Netzen die Achillesferse der ENERGIEWENDE "
sagt Bundesnetzagentur (BNetzA) - Präsident Matthias Kurth.

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PRESSE :

•  Frankfurter Allgemeine Zeitung
23.12.2011 - Von HOLGER SCHMIDT

Fortschreitende Digitalisierung: Die programmierbare Welt kommt

Zitat: Neben den Menschen werden künftig auch die Maschinen vernetzt.
Das "Internet der Dinge" umfasst dann ebenfalls Autos, Heizungen und Windräder.
Es wird tief in bislang nicht-digitalisierte Bereiche eindringen.

•  WELT Online
11.01.2012 - dapd/woz

Daimler-Vorstandsvorsitzender - DIETER ZETSCHE :   Daimler verbindet seine Autos mit der Daten-Wolke

Siehe unten: -ENERGIEWENDE-2.7.2. Ein offene, MARKT- und SYSTEMINTEGRATION . .mit HPSU . .

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" ENERGIEWENDE "  – Intelligente ENERGIEMANAGEMENT –

- Lastausgleich zu steuern und den Leistungsfluss zu überwachen - mit
"Integrierte Intelligenz - Steuerungsintelligenz - Intelligente ENERGIEMANAGEMENT "

Intelligente (dezentralisierte) Energieversorgung und Energieverbrauch, mit Stromnetzen, Kraft-Wärme-Kopplungen, und
Fahrstrom aus erneuerbaren Energiequellen.

In diesen intelligenten Systemen kommen Sensoren, Messgeräte, digitale Steuerungselemente, Analyseinstrumente
und IKT-Informations-und Kommunikationstechnologie (IKT, auch mit Mobilfunkverbindungen) zum Einsatz, als Intelligente Mikrosysteme,
sogenannte SMART SYSTEMS, also Integrierte Intelligenz - Steuerungsintelligenz,(IT-Netz-Software)
damit wird die Stromerzeugung und Stromverbrauch ausbalanciert,(Anpassung elektrischer Netze und ihres Betriebsmanagements...)
somit entsteht ein INTELLIGENTE ENERGIEMANAGEMENT SYSTEM. - mit einen offenen, MARKT- und SYSTEMINTEGRATION.

– Wasserstoff ist speicherbarer Strom –

Der beste Weg, die Zukunft vorherzusagen, ist, sie zu erfinden. Alan Curtis Kay

Wir wollen die Zukunft nicht vorhersagen, sondern selbst gestalten.

–  Dezentrale (erneuerbare) STROMQUELLEN,   dezentrale STROMSPEICHERUNG ( mit HPSU )  und  HPSU WASSERSTOFF Fahrzeuge  –
– Energiespeicher für die Energiewende –

FCVs - Wasserstoffbetriebene brennstoffzellenelektrische Fahrzeuge; (Brennstoffzellenfahrzeug) ; Fuel Cell Vehicle ( FCVs )

Fahrstrom aus erneuerbaren Energiequellen....

Zur Sicherung der individuellen Mobilität von morgen, in Hinsicht auf die Energieversorgung und Energieverbrauch, man muß in SYSTEMEN denken,
als integrativer Faktor, der die anderen Disziplinen miteinander verknüpft ( - Zusammenspiel der Teilaspekte, Strukturen, Schnittstellen, des Gesamtsystems.. - Teilaspekte, die in einem bestimmten formalen Verhältnissen zu Strukturen in der Gesamtsystem stehen.... ).

Visionen zu kreieren, in einer sich ständig verändernden Welt, um die Mobilität von Individuen:

Umwelt- sozialverträglicher und wettbewerbsfähiger zu gestalten.

Ziel sollte es sein:  die individuelle Mobilität als ein - auf Nachhaltigkeit bedachtes LEBENDES - ATMENDES - SYSTEM - zu betrachten.

Hier, kann die Strukturwissenschaften (ein verbindende Disziplin), Systemtheorie, Netzwerktheorie , die Theorie der Selbstorganization komplexer Systeme, und eine semantische Auffassung dieser Theorien, neue Wege öffnen.

Zitat:
( Dezentralisierung der Energienetze, Energieversorgung... )

..... in Zukunft wird jedes Haus ein KLEINES KRAFTWERK sein, das ans Netz angeschlossen ist.....

Hans-Jörg Bullinger , der Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft (23 september 2012)

Pufferspeicher - Zwischenspeicher: und Wasserstoff - Batterien als dezentrale, LOKALE STROMSPEICHER.

PRESSE :

•  ZEIT ONLINE
27.04.2013 - Von Dirk Asendorpf

SPEICHERKRAFTWERKE: Wende rückwärts

Zitat: SPEICHERKRAFTWERKE, wichtig für die Energiewende, lohnen sich immer weniger.

Mehr Erzeugung erneuerbarer Energie, Ausbau eines intelligenteren Stromnetzes und höhere Speicherkapazität –
das sind die drei entscheidenden Elemente für das Gelingen der Energiewende.
Doch während die Leistungskapazität von Windparks, Biomassekraftwerken und Solaranlagen in den vergangenen Jahren jeweils um rund 20 Prozent stieg, geht es beim Netz- und Speicherausbau nur schleppend voran.
Bei letzterem herrscht sogar Katerstimmung......

LESERKOMMENTARE :

9. Energieriesen kriegen keine Energiewende hin

.......Es können nur die Bürger!
Erst durch das Stromeinspeisungsgesetz und durch das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) sind die bisherigen Erfolge ermöglicht worden.
Die nächsten zielführenden Schritte sind, bei jeder neu zu errichtenden Solar- und Windanlage LOKALE SPEICHER zu errichten.
Wenn dafür die nötigen finanziellen Anreize geschaffen werden, ist die Energiewende (fast) ein Selbstläufer.
Und es ist der volkswirtschaftlich preiswerteste Weg.

38. Verlässlichkeit der EE(Erneuerbare-Energien)-Stromproduktion durch DEZENTRALE SPEICHER.

Wenn ein Atomkraftwerk plötzlich abgeschaltet werden muss, weil es kaputt ist, fällt die vorher so sicher geglaubte Stromproduktion aus.
Die technische Verfügbarkeit von Großkraftwerken ist weit geringer als die von Windrädern.
Ein Riesenensemble von Wind- und Solaranlagen über große Regionen verteilt (Deutschland, Europa) gewährleistet immer mehr gesicherte Leistung.
Wenn man dann noch mit jeder neuen Inbetriebnahme von Solar- und Windanlagen gleichzeitig Speicherbatterien (Kurz-, Mittel- und Langzeitspeicher) installiert werden, hat man die Grundlage für ein funktionierendes Gesamtsystem mit nur EE(Erneuerbare-Energien) geschaffen.
Im Falle der Fotovoltaik bräuchte man für die Kurzzeitspeicherung (Tag-Nacht-Zyklus) je kW(peak) solar eine Speicherkapazität von ca 3 kWh.

•  FAZ - Frankfurter Allgemeine Zeitung
28.08.2013 - Quelle: Reuters

BMW und Vattenfall: Zweitverwendung für E-Auto-Batterien.

Zitat: Alte Batterien aus Elektro-Autos müssen nicht auf den Müll -
oft weisen sie auch nach ihrer üblichen Einsatzdauer noch 80 Prozent Speicherkapazität auf.
BMW und Vattenfall wollen sie für Solaranlagen verwenden.... (als dezentrale, LOKALE STROMSPEICHER.....)

LESERKOMMENTARE :........

Weblinks :

International journal of hydrogen energy 34 ( 2009 ) 21 – 30
•   Modeling and control design of hydrogen production process for an active hydrogen/wind hybrid power system. - pdf -
Autor: Tao Zhou, Bruno Francois.
L2EP, Ecole Centrale de Lille, Cite Scientifique, BP48, 59651, Villeneuve d’Ascq, France.

•   Energy Management and Power Control of a Hybrid Active Wind Generator for Distributed Power Generation and Grid Integration
- Copyright 2012 IEEE -
Autor: Tao Zhou, Bruno Francois.
Univ. Lille Nord de France, Lille, France.

•   Optimization of Control Strategies for Stand-Alone Renewable Energy Systems with Hydrogen Storage
Autor: Rodolfo Dufo-López, José L. Bernal-Agustín, Javier Contreras.
Electrical Engineering Department – University of Zaragoza. Calle María de Luna, 3. E-50018 Zaragoza (Spain)
Applied Mechanics and Project Engineering Department – University of Castilla – La Mancha. Campus Universitario s/n. 13071 Ciudad Real (Spain).

•   A Hybrid Wind-Electrolysis Hydrogen and Electricity Generation System
Autor: Sam Maurer, Joe Roy-Mayhew.

•   Real-Time Emulation of a Hydrogen-Production Process for Assessment of an Active Wind-Energy Conversion System
- Copyright 2012 IEEE -
Autor: Tao Zhou, Francois, B. el Hadi Lebbal, M. Lecoeuche, S.
Lab. d'Electrotech. et d'Electron. de Puissance, Ecole Centrale de Lille, Villeneuve dAscq.

– Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2012 –

( Gesetz zur Neuregelung des Rechtsrahmens für die Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. ab 1. Januar 2012 )

– Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit –

PRESSE :

Frankfurter Allgemeine Zeitung
- 21.01.2012 - Von ANDREAS MIHM,   HOLGER PAUL,   THIEMO HEEG.

Erneuerbare-Energien-Gesetz:   Das Milliardending.

Zitat: Das Erneuerbare-Energien-Gesetz ist gut zehn Jahre alt und umstritten wie selten zuvor.
Die Befürworter sprechen von einer Erfolgsgeschichte, die Gegner von Verschwendung ohnegleichen.

Zitate:

Die erneuerbaren Energien als tragenden Pfeiler der Energieversorgung zu etablieren,
müssen sie für eine sichere und kosteneffiziente Stromversorgung Schritt für Schritt die Verantwortung übernehmen.

Wasserstoff ( H )
lat. hydrogenium " Wassererzeuger "
Atommasse :	1,00794 u
Ordnungszahl :	1
Aufbau des Atoms:	1 Proton - 1 Elektron
Schmelzpunkt :	-259,14 oC (14.01 K)
Siedepunkt :	-252,87 oC (20.28 K)
Dichte :	0,00008988 g/cm3
Litermasse :	0,0899 g/l
Elektronegativität :	2,1
Atomradius :	30 pm
Isotope:	1H    2H    3H. ( Protium  – Deuterium  – Tritium)

–  3.1. Herstellung

Mit Wasserstoffherstellung wird die Bereitstellung von molekularem Wasserstoff (H₂) bezeichnet.

Als Rohstoffe können Erdgas (vor allem Methan (CH₄)), Kohlenwasserstoffe, Biomasse, Wasser (H₂O) und andere wasserstoffhaltige Verbindungen eingesetzt werden.

Als Energiequelle dient der Rohstoff selbst (chemische Energie) oder von außen zugeführte elektrische, thermische oder solare Energie.

Zur Wasserstoff-Herstellung sind viele unterschiedliche Methoden möglich, dies umfasst:

Wasserstoff-Herstellung Methoden sind :

(nach Wikipedia ®   Marke der Wikimedia Foundation Inc. Lizenzbedingungen)

1. Verwendung von Kohlenwasserstoffen :

2. Elektrolyse :

3. Direkte Verwendung von Sonnenenergie :

Insgesamt werden jährlich in Deutschland ungefähr 20 Mrd. m³ Wasserstoff erzeugt, weltweit sind es etwa 500 Mrd. m³.

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–  3.2. Geschichte  –

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish
im Jahre 1766.

Antoine Laurent de Lavoisier , gab dem Wasserstoff seinen Namen.

Der französische Chemiker entdeckte das Gas im Jahr 1787 unabhängig von Cavendish.

Lavoisier untersuchte das entstandene Gas weiter und führte die heute als Knallgasprobe bekannte Untersuchung durch, wobei das Gas verbrannte.

Als er in weiteren Experimenten zeigte, dass sich aus dem Gas auch umgekehrt Wasser erzeugen lässt, taufte er es als hydro-gène.

(hydro = Wasser, griechisch; genes = erzeugend).

Das Wort bedeutet demnach: Wasserbildner (Wassererzeuger).
Die deutsche Bezeichnung lässt auf die gleiche Begriffsherkunft schließen.

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Ein Problem bei der Verwendung von Wasserstoff für den Antrieb von Fahrzeugen stellt die WASSERSTOFFSPEICHERUNG dar.

Wasserstoff ist ein hochentzündliches Gas.

Von der EU und somit auch der deutschen Gefahrstoffverordnung ist er als Gefahrstoff eingestuft mit F+; R12 für hochentzündlich;
seine Behälter müssen dementsprechend gekennzeichnet werden. (DIN EN 1089-3)

Sein Diffusionsvermögen auf Grund seines geringen Molekulargewichtes und die Wärmeleitfähigkeit sind die höchsten aller Gase und führen zu einer Reihe von technischen Problemen beim Umgang mit Wasserstoff.

Wird Wasserstoff in einfachen Metalltanks gelagert so kommt es wegen der geringen Molekülgröße zu Diffusion d.h. Gas tritt langsam aus.

Dies ist insbesondere für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge problematisch wenn diese lange an einem abgeschlossenen Platz (Garage Tiefgarage) stehen.

Zudem rechnet man beim Betanken mit relativ hohen Verlusten von einigen Prozent der Gesamtmenge.

Flüssiger Wasserstoff in Metalltanks neigt bei Beschädigungen oder Lecks zur Selbstentzündung.

Die Entwicklung effizienter und sauberer Wasserstoffspeichertechnologien für zukünftige Fahrzeuge
ist ein Schlüssel zur Sicherung der individuellen Mobilität von morgen.

Die heute verfügbaren Wasserstoffspeicher erfüllen noch nicht die hohen Anforderungen des Automobilbaus und letztendlich des Endkunden.

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Speicherung von flüssigem Wasserstoff in vakuumisolierten Behältern.

Dazu wird der Wasserstoff verflüssigt ( LH2 = engl. liquid hydrogen) und unter Umgebungsdruck bei tiefen Temperaturen
( Siedepunkt - 252,8 ^oC, 20,4 K ) gelagert.

Der Verflüssigungsprozess ist sehr energieaufwändig:  er benötigt ein Drittel des Energieinhalts der verflüssigten Wasserstoffmenge.

Flüssigwasserstoffspeicherung – Liquid / Liquefied Hydrogen ( LH2) –
Schematic LH2 Tank System	Flüssigwasserstoff / Liquid Hydrogen
LINDE LH2 Tank System. Linde LH2-Fahrzeugtanks Linde Wasserstoff-Tankstellen Linde Kupplung und Betankungssystem Betankung	QUANTUM LH2 Tank System. QUANTUM-Hydrogen Storage Perspektiven kryogener H2-Speicher im Antriebs- und Fahrzeugverbund. Fuel Cell Technologies Program - Hydrogen Storage Liquid Hydrogen Tanks

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Speicherung von gasförmigem Wasserstoff in Druckbehältern.

Für den Kfz-Bereich Drucktanks mit 200 bis 350 bar, und seit 2006 schon 700-bar-Tanks sind üblich.

Der Energieaufwand für die Komprimierung auf 700 bar beträgt ca. 12 % des Energieinhaltes des Wasserstoffs.

Druckwasserstoffspeicherung – Compressed gas ( CGH2 ) –

QUANTUM Technologies CGH2 Tank System. Compressed Hydrogen Gas Tanks

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MOF - metallorganisches Netzwerk ( Metal-organic-framework )

MOFs bilden ein zwittriges Wesen zwischen organischer und Anorganischer Chemie, der Welt der Kunstsoffe und der Welt der Metalle.

Metallische Verbindungen werden über organische Moleküle verknüpft, sodass ein sehr leichtes Material mit großen Poren entsteht. (metall - organischen Gerüststrukturen)

Je mehr Poren oder Bruchkanten eine Substanz durchziehen, desto mehr Oberfläche bieten sie auf kleinstem Raum.

Und darum geht es letztlich nicht nur bei den MOFs, sondern bei allen modernen Speichermateriallen.

Denn je größer die Oberfläche, desto mehr Moleküle können sich niederlassen. (Potenziell viel Platz für Wasserstoff H₂ - Moleküle)

MOFs bringen es auf stattliche Werte von bis zu "4000m²" Quadratmeter !!! pro Gramm.

Die Bindung des Wasserstoffs an die MOFs ist relativ schwach.

Die Moleküle werden nicht chemisch gebunden, sodern durch physikalische Kräfte, Van-der-Walls-Kräfte.

Physisorption heißt diese Bindung an Oberflächen.

Erst bei niedrigen Tenperaturen (minus 196 Grad Celsius) und einem Druck von etwa 20 Bar, ist die Bewegungsenergie des Wasserstoffs so gering, dass er sich überhaupt an die MOFs-Oberfläche anhaftet.

Für das MOF-Fahrzeug der Zukunft müsste der Wasserstoff beim Betanken zunächst mit flüssigem Stickstoff heruntergekühlt werden.

Zudem bräuchte das Fahrzeug einen CRYOTANK. Die Kühlung kostet Energie und die Cryotechnik würde zusätzliches Volumen benötigen.

Derzeit untersuchen die MOFs-Forscher weltweit, welchen Einfluss die Porengröße und verschiedene Metalle auf die Bindung von Wasserstoff haben.

MOFs haben den Vorteil, dass man Verschiedene Moleküle kreieren und zahlreiche Metalle dafür einsetzen kann .

Die besten MOFs speichern derzeit zwischen fünf und sieben Gewichtsprozent Wasserstoff.

Das ist immer noch zu wenig für das Auto. Für einen Praxiseinsatz bräuchte man mindesten neun.

Van - der - Walls - Kräfte.

Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen, die nicht auf einer chemischen Bindung beruhen.

Im engeren Sinne die Kräfte, die entstehen, wenn Moleküle wie etwa Wasserstoffmoleküle
durch die zufällige Bewegung der Elektronen zu Dipolen verzert werden.

Weblinks:

–  Cornelius Friedrichs, Universität Bayreuth: H2 Speicherung in MOFs. (pdf. Format )

–  Technische Univärsität Dresden: Porous Metal-Organic Frameworks.

–   Video: Multifunktionale MOFs. Prof. Müller-Buschbaum (Uni Würzburg) erzählt, welche Eigenschaften und nützlichen Anwendungen MOFs haben können.

–  BASF: MOF-Synthese erstmals im Industriemaßstab.

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Metallhydrid ist eine Bezeichnung für Verbindungen von Metallen mit Wasserstoff.

Metalllegierungen (Metall-Wasserstoff-Legierungen), die gasförmigen Wasserstoff - (ähnlich wie ein Schwamm Wasser), absorbieren können.

Anders als bei der Phisysorption spaltet sich das Wasserstoffmolekül bei der chemischen Bindung im Metallhydrid in zwei Ionen auf, die in das Hydrid inkorporiert werden.

Nehmen Metallhydride Wasserstoff auf, gehen die chaotisch umherschwirrenden Wasserstoffatome in einen geordneten und damit energiearmen Zustand über.

Dabei entsteht Wärme. Die Wärme, die beim Tanken frei wird, würde das Material aber auf mehrere hundert Grad aufheizen.

Ein Fahrzeugtank bräuchte gewaltige Wärmetauscher-Platten, um die Wärme abzuführen. (Viel zu Schwer.)

Für Autohersteller, die mit Aluminiumkarosserien und Magnesiumblechen um jedes Gramm Gewichtseinsparung kämpfen aber,
sind die klassischen Metallhydride, völlig indiskutabel.

Diese Reaktion ist reversibel, was bedeutet, man erhitzt das Metallhydrid einfach, sodass die Reaktion umgekehrt verläuft und das Hydrid in Metall und Wasserstoff zerfällt.

Problematisch für den Fahrzeugbau dagegen ist die Tatsache, dass Metallhydridspeicher nur über eine geringe massenspezifische Speicherdichte verfügen (zwischen 1,7 und 4,5 % H2-Masse bezogen auf Legierungsmasse) und somit sehr schwer sind.

Im U-Boot, das ohnehin reichlich Masse für die Tauchfahrt braucht, ist das Zusatzgewicht durchaus willkommen.

So würde ein Metallhydrid-Speichertank, der einem 40 Liter Benzin fassenden herkömmlichen Tank entsprechen soll, ganze 250 Kilogramm wiegen, was bei voller Betankung in etwa dem achtfachen Gewicht entspricht.

Ein zusätzliches Problem ist, dass je nach Legierung zur Freisetzung des Wasserstoffs sehr hohe Temperaturen erforderlich sind.

Metallhydride sind hochexplosiv.

Komplexe Metallhydride:

Verbindungen aus Leichtmetallen wie Natrium und Magnezium sowie aus Übergangsmetallen wie Titan und Wasserstoff

Bindungsenergie.

Die Energie die frei wird, wenn sich eine chemische Bindung bildet.

Um die Bindung zu lösen, muss sie wieder aufgewendet werden .

Sie ist umso höher, je stärker die Bindung zwischen zwei Atomen ist.

Weblinks:

–  HERA: Andreas Otto, Marc Hubert, - Hydrogen Storage Systems - Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden. (pdf. Format )

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Außerdem entsteht Wärme. Die Protonen wandern durch den nur für Protonen durchlässigen Elektrolyten zur Kathode und damit zum dort in Ionen aufgespaltenen Sauerstoff, mit dem sie sich zu Wasser als "Abgas" verbinden können, wenn die Elektronen hinzu kommen.

Da die abgespaltenen Elektronen an der Anode verbleiben, entsteht dort ein Elektronenüberschuss und an der Kathode entsprechend ein Elektronenmangel.

Werden nun die beiden Elektroden miteinander verbunden, fließt aufgrund des Spannungsunterschiedes von etwa 0,6 bis 1,0 Volt elektrischer Strom, der als Antriebsenergie für einen Verbraucher - beim Brennstoffzellen-Auto ein Elektromotor - verwendet wird.

Natürlich ist die Arbeitsspannung einer Brennstoffzelle für den Betrieb eines Elektromotors für ein Auto viel zu gering.

Deshalb werden eine Vielzahl von Brennstoffzellen zu einem Stapel (englisch: stack) zusammengefaßt und in Reihe hintereinander geschaltet.

Dadurch summieren sich die Spannungen, so daß auch ein Automobil-Elektromotor betrieben werden kann.

Arten von Brennstoffzellen und ihre Anwendungsbereiche
Brennstoffzellen- typ	Niedriegtemperatur - Brennstoffzellen			Hochtemperatur - Brennstoffzellen
	DMFC Direct Methanol Fuel Cell	PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell	AFC Alkaline Fuel Cell	PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell	MCFC Molten Carbonate Fuel Cell	SOFC Solid Oxide Fuel Cell
Electrolyte	Protonenleitende Membran	Protonenleitende Membran	Kalilauge	Konzentrierte Phosphorsäure	Schmelz-karbonat	Keramisch
Temperaturbereich	< 100 oC	< 100 oC	< 100 oC	ca. 200 oC	ca. 650 oC	800 - 1000 oC
Brennstoff	Methanol	Wasserstoff	Wasserstoff	Wasserstoff	Erd-, Kohlegas	Erd-, Kohlegas
Leistungsbereiche	Watt / Kilowatt	Watt / Kilowatt	Watt / Kilowatt	Kilowatt	Kilo- / Megawatt	Kilo- / Megawatt
Anwendungs beispiele	Fahrzeuge, Kleingeräte	Fahrzeuge, Kleingeneratoren, Hausversorgung, Blockheizkraftwerke	Raumfahrt	Blockheiz- kraftwerke	Kraftwerke, Heizkraftwerke.	Kraftwerke, Heizkraftwerke.

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PRESSE – Mikroben-Brennstoffzelle (Abwasserbehandlung) :

•  Frankfurter Allgemeine Zeitung
20.03.2012 - Von UTA BILOW

Brennstoffzellen: Energie aus Abwasser

Zitat:  Bei der Suche nach Möglichkeiten, Energie zu gewinnen, nutzen amerikanische Wissenschaftler
Mikroorganismen und Abwasser.
In einer Mikroben-Brennstoffzelle nutzt man die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen zur Energiegewinnung.
Jetzt habe sie die Effizienz ihres Verfahren beträchlich verbessert.
Die Technik der amerikanischen Forscher könnte also helfen, die Betriebskosten von Klärwerken zu senken
oder die Abwasserbehandlung in weniger entwickelten Regionen erschwinglich zu machen.

•  Weblinks :

– BioEnergy Research :   Bruce E. Logan  – Pennsylvania State University - Department of Civil and Environmental Engineering.

– Science Magazine :   Energy Capture from Thermolytic Solutions in Microbial Reverse-Electrodialysis Cells.

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Brennstoffzellen benötigen Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zur Erzeugung von elektrischer Energie.

Der Sauerstoff (O₂) kann der Luft entnommen werden und stellt deshalb kein technisches Problem für die Entwicklung einer Brennstoffzelle dar.

Der Brennstoffzellen-Antrieb wird von vielen Automobil-Herstellern als Antrieb der Zukunft bezeichnet, wenn nämlich die Kosten für die Herstellung von herkömmlichen Kraftstoffen (Benzin, Diesel, Gas) vor allem aufgrund der schwindenden Rohstoff-Vorräte exorbitant steigen werden.

Grund dafür ist, daß der Kraftstoff für automobilgeeignete Brennstoffzellen, der Wasserstoff, das am häufigsten auf der Erde vorkommende chemische Element ist und daher nicht so schnell "ausgehen" sollte.

Ein Fahrzeug mit Brennstoffzellen-Antrieb besitzt wie ein Elektroauto stets einen Elektromotor als Antriebsaggregat und verfügt daher automatisch über dessen Vorteile wie leiser Lauf, keine Abgase, hohes Drehmoment ab der ersten Umdrehung, konstante Leistungsabgabe schon bei niedrigen Drehzahlen, weniger mechanische Teile, keine Kupplung, kein Getriebe.

Zusätzlich werden beim Brennstoffzellen-Antrieb keine teueren, schweren und Reichweiten begrenzenden Batterien zur Speicherung der elektrischen Energie wie beim Elektroauto benötigt, da aus Wasserstoff die Energie zum Zeitpunkt des Verbrauchs hergestellt wird.

Allerdings sind Brennstoffzellen und vor allem die Technik drumherum hoch komplex.

Brennstoffzellen für Automobile müssen : KOMPAKT, LEICHT, LEISTUNGSFÄHIG, und PREISWERT sein.

Diese Bedingungen erfüllt die Brennstoffzelle mit einer Polymer-Membran (PEMFC) am besten.

Die PEMFC gilt als das KFZ - Antriebsaggregat im Brennstoffzellenbereich.

Sie besitzt darüber hinaus einen doppelt so hohen Wirkungsgrad wie ein optimal laufender Diesel-Motor, ein relativ gutes Kaltstartverhalten und
die Fähigkeit zu schnellen Lastwechseln.

Trotzdem gibt es eine Reihe von mehr oder weniger ungelösten Problemen.

Problem: - Systemtemperatur - Kühlung ...

Brennstoffzellen funktionieren unterhalb des Gefrierpunkts für Wasser nicht, weil als "Abgas" Wasser entsteht, das sich beim Gefrieren ausdehnt und damit den Brennstoffzellen-Stack zerstören könnte. (von einige Hersteller ist schon gelöst.... )

Andererseits darf die Temperatur von Brennstoffzellen für Automobile rund 120 °C nicht überschreiten.

Das erfordert eine gegenüber einem Verbrennungsmotor erheblich intensivere Kühlung.

Diese kann nur erreicht werden, wenn der Kühler im Vergleich zu dem eines Verbrennungsmotors erheblich vergrößert wird.

Hier, gab es in den letzten Jahren, bedeutende Fortschritte in der Entwicklung, allerdings ist weitere Entwicklungsarbeit nötig.

Das PEMFC-System wird mit Wasserstoff und Sauerstoff in Form von Luft gespeist.

Die Gase gelangen durch Zuleitungen unter leichtem Druck zur Brennstoffzelle oder zu dem aus mehreren Zellen aufgebauten Zellenstapel.

Die unkontrollierte Knallgasreaktion wird durch die räumliche Tennung der Gase durch den Polymer-Elektrolyten verhindert.

Der Elektrolyt besteht hier aus einer ionenleitenden Kunstoff - Folie, die durch Beschichtung gleichzeitig auch Katalysatorträger, Diffusionssschicht, Elektrodenträger und Seperationswand zwischen den reagierenden Gasen ist.

In der Zelle folgt eine Verteilung der Gase über geometrische Strukturen auf die Gasdiffusionselektroden. Diese einseitig mit Katalysator beschichteten Elektroden aus Kohlenstoffvlies unterstützen den Wasserhaushalt der Membran.

An der Grenzfläche von Elektrode und Membran findet die eigentliche Drei-Phasen-Reaktion statt.

Der Wasserstoff wird an der Feststoffelektrode adsorbiert, atomisiert, oxidiert und an das Wasser/Membran-System übergeben.

Die Membran ist undurchlässig für Gase und ca. 0,1 mm dick.

Die Protonen werden auf Grund des Potentialgefälles durch die Membran transportiert und an der Kathode mit Sauerstoff und Aufnahme von Elektronen über Wasserstoffperoxid zu Wasser umgesetzt.

Die Membran-Elektroden-Einheit (engl.: membrane electrode assembly - MEA), das eigentliche Herz der Brennstoffzelle, ist hier in der Zelle abgebildet.

Im "Stack" sind die einzelnen Zellen voneinander durch Bipolarplatten getrennt, (Stack) dem Stapel von Brennstoffzellen, kann jede technisch sinnvolle Spannung durch Hintereinanderschalten von einzelnen Brennstoffzellen erreicht werden.

Diese übernehmen die Wärmeabfuhr und Versorgungsanbindungen der Zellen.

Die PEMFC wird häufig im Bereich von Temperaturen von 50 bis 80 °C betrieben, um die Leitfähigkeit der Membran zu erhöhen und die katalytische Umsetzung an den Elektroden zu beschleunigen.

Sie kann von Raumtemperatur beginnend bis zu 120 °C betrieben werden.

Um starke Materialbeanspruchung zu vermeiden, wird das System meistens unter 90 °C betrieben.

Je höher die Arbeitstemperatur der Brennstoffzelle ist,
desto unempfindlicher sind die Katalysatoren gegen Vergiftung und
desto schneller läuft die elektrochemische Reaktion ab.

Die Leistungsdichte liegt mit 0,5 bis 1,0 W/cm² um den Faktor 3 bis 5 höher, als bei anderen Brennstoffzellentypen.

Idealerweise wird eine PEM - Brennstoffzelle mit reinem Wasserstoff und reinem Sauerstoff betrieben.

•  Neueartige Membrane erhöhen den Wirkungsgrad von Brennstoffzellen (sulfonierte Polyphenylensulfone)

Sie Leiten Besser, sind stabiler und weniger Wasserdurchlässig.

Die MEMBRAN soll die Brennstoffe (wie Wasserstoff und Luft) trennen, die an den beiden Polen der Zelle umgesetzt werden.

Zugleich muss sie aber für PROTONEN, und möglichts nur für Protonen gut durchlässig sein.

Wenn die Brennstoffzelle Strom erzeugt, entstehen auf der einen Seite der MEMBRAN nämlich PROTONEN, also positiv geladene Wasserstoffatome, während sie auf der anderen Seite Konsumiert werden.

Könnten Protonen die Membran nicht passieren, kämen die Reaktionenin den beiden Halbzellen gleich zum Erliegen.

Statt jedoch nur für Protonen offen zu stehen, lassen herkömmliche MEMBRAN-materialien an der Grenze der Halbzellen auch viel WASSER durch.

Die neueartige Membran (sulfonierte Polyphenylensulfone) hat extrem günstige Eigenschaften, was die Protonleitfähigkeit, den Wassertransport und die Stabilität betrifft. Mit Membranen aus diesem Material ließe sich auch die Effizienz der Zellen steigern.

Brennstoffzellen wandeln Energie zwar heute schon einem Wirkungsgrad von 50 Prozent um. Obwohl sie also vergleichweise effizient sind geht in ihnen noch viel Energie als Wärme verloren. Und weil die derzeit gebräuchlichten Membranen Hitze nicht vertragen, muss eine Brennstoffzelle gekühlt werden.

Mit hitzebeständigeren Membranen wäre weniger Aufwand für die Kühlung nötig.

Höhere Arbeitstemperaturen wären zudem vorteilhaft für die Aktivität der Edelmetallkatalysatoren, die die Reaktionen an beiden Polen der Brennstoffzelle fördern. Gleichzeitig nähme die Gefahr einer Kohlenmonoxidvergiftung ab. Da sich das Gas bei höheren Temperaturen schlechter an den Katalysator anlagert, wird die Zelle in der Hitze toleranter gegenüber den Gift - das Wasserstoffgas müsste nicht mehr so gründlich gereinigt werden. -

Doch das heute übliche Membranmaterial lässt bei Niedertemperatur - Wasserstoffzellen nur Betriebstemperaturen unter 90 Grad zu.

Eine um 20, 30 Grad erhöhte Betriebstemperatur würde die Brennstoffzelle ein großes Stück näher an die Wirtschaftlichkeit bringen.

Das Material gibt es, seine Herstellung optimieren die Wissenschaftler noch. (sulfonierte Polyphenylensulfone)
( Max Planck Forschung Wissenschaftsmagazin )

Wasserstoff selbst ist ein Molekül aus zwei Wasserstoffatomen (H₂).

7.1.   – Energiedichten im Vergleich
Auf die Masse bezogen	Auf das Volumen bezogen:
•  Wasserstoff: 33,3 kWh/kg	•  Wasserstoff (flüssig): 2360 kWh/m3
•  Erdgas: 13,9 kWh/kg	•  Erdgas (20 MPa): 2580 kWh/m3
•  Propan 12,9 kWh/kg	•  Wasserstoffgas (20 MPa): 530 kWh/m3
•  Benzin: 12,7 kWh/kg	•  Benzin: 8760 kWh/m3
•  Methanol 5,6 kWh/kg	•  Wasserstoffgas (Normaldruck): 3 kWh/m3
Eigenschaften von Wasserstoff H2
physikalisch	chemisch
•  ungiftig und nicht reizend	•   Siedetemperatur TS = -252,87 oC = 20,3 K   (Kelvin (K))
•  umweltneutral, nicht wassergefährdend	•  Schmelztemperatur TSch = - 258,6 oC = 14,4 K
•  geruchlos	•  Dichte bei 20,3 K und 1013 mbar = 70,79 g/l
•  geschmacksneutral	•  Gasdichte bei 20,3 K und 1013 mbar = 1,34 g/l
•  unsichtbar, fast unsichtbare Flamme	•  Gasdichte bei 273,15 K und 1013 mbar = 0,089 g/l
•  flüchtig, leichter als Luft	•  Wasserstoff ist 15mal leichter als Luft
•  entweicht durch kleinste Öffnungen	•   Molekular-Gewicht = 2,016 g/ mol
•  versprödende Wirkung auf einige Materialien	•   Verdampfungswärme = 445,4 kJ/kg
•  nicht korrosiv	•   unterer Heizwert : 119,97 MJ/kg = 33,33 kWh/kg = 10,78 MJ/Nm3 = 3,0 kWh/Nm3
•  nicht radioaktiv	•   oberer Heizwert: 141,80 MJ/kg = 39,41 kWh/kg = 12,75 MJ/Nm3 = 3,5 kWh/Nm3
•  nicht krebserzeugend	•  Zündgrenzen in Luft: untere 4,0 - 4,1 Vol%; obere 75,0 - 79,2 Vol.-%
	•  Selbstentzündungs-Temperatur: 585 °C
	•  Minimale Zündenergie in Luft: E = 0,02 mJ
	•  bei 29 % ist Tmax = 2318 oC Verbrennungstemperatur in Luft
	•  bei 29 % ist TmaxO2 > 3000 oC Verbrennungstemperatur mit reinem Sauerstoff
	•  max. Flammgeschwindigkeit: 346 cm/s
	•  Häufigstes Element im Weltall, stellt über 90 % aller Atome, rund 3/4 der gesamten Masse
	•   Wasser enthält 11,2 Gew.-% Wasserstoff
	•  1/6000 Atome sind "Schwerer Wasserstoff" = Deuterium = D = zusätzlich 1 Neutron im Atomkern
	•  1/1Billiarden Atome sind "Überschwerer Wasserstoff" = Tritium = T = zusätzlich 2 Neutronen im Kern

PRESSE – Der Prüfstein Wasserstoff :

•  Frankfurter Allgemeine Zeitung
29.10.2011 - Von MANFRED LINDINGER

Theodor Hänsch 70: Vom Pudding zum Nobelpreis (Frequenzkamm)

Zitat:  Hänsch nutzte schon früh die modernsten Verfahren der Laserspektroskopie, um die Energiezustände
des aus einem Elektron und einem Proton bestehenden Wasserstoffatoms möglichst präzise vermessen zu können -
extremes schmalbandiges Laserlicht, das sich über einen großen Wellenlängenbereich variieren ließ und ausgeklügelte Methoden,
die den störenden Einfluss der Bewegung der Atome auf die Spektrallinien ausschalteten.

Dank dieser Verfeinerungen hat Hänsch mit seinen Kollegen zunächst in Palo Alto und später in Garching die Frequenz der Spektralinien des Wasserstoffatoms immer genauer gemessen - manche Linien mittlerweile bis auf vierzehn Stellen genau.

Die inzwischen erreichte Genauigkeit verblüfft sogar manche Theoretiker,
deren Berechnungen mit den Messergebnissen kaum mithalten können.

Wegen seiner Passion wird er auch bisweilen scherzhaft Wasserstoff-Hänsch genannt.

•  Weblinks :

– The Nobel Prize in Physics 2005 :   Roy J. Glauber - John L. Hall - Theodor W. Hänsch.

7.2  – GLOSSAR –  Matrizenmechanik.  – ( Matrizen-Quantenmechanik ) ( Heisenbergsche Matrizen-Quantenmechanik )

Ein Forschungsfeld, das vor allem die Gruppe um den bedeutenden Theoretiker Max Born (1882 - 1970) an der Universität Göttingen dominierte. Der Mathematiker und Physiker Max Born erhält 1954 den Physik-Nobelpreis für die später als Kopenhagener Deutung bekannt gewordene statistische Interpretation der Wellenfunktion.

Zu Borns hoch begabten Schülern gehörte Werner Heisenberg (1901 - 1976), der die ursprungliche Idee der Matrizenmechanik formulierte.

Ihr mathematisches Gerüst beruhte auf der(den Physikern damals fremdartigen - "unanschaulich") Matrixalgebra.

" Die Matrizenmechanik war die eher induktive Physik, die versuchte, den Formalismus einer neuen Quantentheorie aus dem Bekannten heraus zu entwickeln. "

Matrizen geben Zahlen in Tabellenform wieder.( W3C - MathML Vers. 3.0 -   matrix )

In solchen Zahlentabellen führte Heisenberg messbare Grössen auf - grob gesagt, die Lichtfrequenzen, die das Atom abstrahlt.

Damit ließen sich nicht messbare Größen wie der Aufentahltsort des Elektronen ausdrücken.

Erstaunlicherweise lassen sich aus solchen Matritzen dann auch alle andere
physikalischen Eigenschaften eines Atoms bestimmen.

Mann kann die klassische Mechanik zur Matrizenmechanik umdeuten, indem man alle physikalischen Größen durch solche Matrizen ausdrückt.

1925 erschien das " Dreimännerwerk " : Werner Heisenberg, Max Born und Pascual Jordan "erfanden" und veröffentlichten eine konsistente mathematische Theorie der Welt der Atome, die Quantenmechanik.

Heisenberg ist der Begründer der Quantenmechanik, wofür er 1932 auch seinen Nobelpreis für Physik, erhielt.

Später formulierte er (Werner Heisenberg ) die berühmte (1927) - Unschärferelation - (Heisenbergsche Unschärferelation - Süddeutsche Zeitung).

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Bemerkung :

Am 14 Dezember 1900 hielt Max Planck , vor der Berliner Physikalischen Gesellschaft einen Vortrag, der als Geburtsstunde der Quatentheorie gilt.

Er hatte die richtige Formel für das elektromagnetische Strahlungsspektrum gefunden, das ein perfekt schwarzer Körper abstrahlt.

Dieses Experiment spielte damals eine zentrale Rolle:

Der Schwarzkörper ist ein idealisiertes TESTOBJEKT für die Frage, wie Materie in Abhängigkeit von ihrer Temperatur elektromagnetische Strahlung aussendet - und umgekehrt absorbiert.

Ohne dieses Wechselspiel von Licht sähe es um uns herum ziemlich finster aus, weil etwa die Sonne nicht leuchten würde.

Planck fand die richtige Formel für das temperaturabhängige Spektralverhalten der Schwarzkörperstrahlung.

Er hatte zuvor die Lehre von der Wärme entschneidend modernisiert.

Allerdings musste der Berliner Physikprofessor für seine Lösung eine völlig neue Größe h postulieren.

Dieses berühmte WIRKUNGSQUANTUM war damals für Max Planck eine reine Hilfskonstruktion!!!!.

Weder er noch sein Publikum, ahnten an jenem legendären Dezembertag, dass er ausgerechnet mit diesem Kunstgriff die Quantenphysik begründet hatte.

Max Planck begründete 1900 die Quantenphysik - ohne es zu ahnen.
In den Jahren nach 1920 entwickelten viele Physiker die moderne Quantenmechanik,
auf verschlungenen Wegen und unter heftigen Auseinandersetzungen.

Zitat: Max Planck Forschung "Die Formeln des Sprunghaften" 1 /2008 B20396F

Durch das Plancksche Wirkungsquantum konnte man vieles in der Natur erst richtig verstehen.
Deshalb bekam Planck für seine Entdeckung 1918 den Nobelpreis..

Weblinks:

–   Der Kern der Dinge.

7.3  – GLOSSAR –  Wellenmechanik.  – Wasserstoff ( Hydrogen ) Atom (atomos griechisch für unteilbar )

Das Wasserstoffatom ist das am einfachsten aufgebaute aller Atome und bietet daher den Schlüssel zum Verständnis des Aufbaus und der Eigenschaften aller Atome.

Erwin Schrödinger beschrieb mit seinem Formalismus, wie Elektronen sich als WELLEN um einen Atomkern bewegen.

1926, brachte Erwin Schrödinger die Quantentheorie in die gebräuchlichste Form, ausgedrückt in einer partiellen Differentialgleichung vom Typus einer Wellengleichung, eben der berühmten Schrödingergleichung.

Das Wasserstoffatom ist das einzige Atom, für das die quantenmechanische Schrödinger- Gleichung analytisch,
d. h. in mathematisch geschlossener Form, gelöst werden kann.

Ganz elegant ergab seine Wellengleichung die quantisierten Bahnen als Lösungen, die Niels Bohr in seinem Atommodell noch postulieren musste.

Schrödinger konnte mit seiner Gleichung elegant und sehr anschaulich die Quantenzustände des Wasserstoffatoms berechnen.

Diese Schrödinger - Gleichung gehört heute zu den berühmtesten Formeln der Physik.

Dieser Ansatz ist eher deduktiv, er beginnt mit einem fundamentalen Prinzip (Elektronen als stehende Wellen...)
und entwickelt die Folgerungen daraus.

Die Schrödinger-Gleichung gibt eine in erster Näherung ausgezeichnete Beschreibung des Wasserstoffatoms.

Die Schrödinger-Gleichung ist eine nichtrelativistische Gleichung und verwendet den klassischen Ausdruck für die kinetische Energie.

Zur korrekten Beschreibung muss man deshalb eine relativistische Gleichung für die zeitliche Entwicklung verwenden.

Beim Wasserstoffatom ist der Energieunterschied aber nicht sehr groß, daher kann man die Effekte störungstheoretisch im Rahmen der Schrödinger-Gleichung behandeln, um genauere Werte für die Energieeigenwerte zu erhalten.

Weblinks:

–   Wellenfunktionen.

–   Deutung der Wellenfunktionen.

–   Der Katzenpiesacker namens Schrödinger. zum 125. Geburtstag (Erwin Schrödinger geboren am 12. August 1887)

7.4  – GLOSSAR –  Druck macht Wasserstoff ( Hydrogen ) metallisch.

Bei 2,7 Megabar leitet das leichteste Element (Wasserstoff) Strom und
wird möglicherweise zu einer Quantenflüssigkeit, die ohne Reibung fließt.

Gewöhnlich hat Wasserstoff mit einem Mettall so viel gemeinsam wie eine Salve Konfetti mit einem Buch.

Und ihn zu einem metallischen Leiter zu machen ist auch etwas so schwierig, wie Papierschnipsel zu bedruckten Seiten zusammenzusetzen.

Aber genau das ist Mikhail Eremets und Ivan Troyan am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, gelungen. Sie haben den Druck auf eine Wasserstoffprobe bei 25 Grad Celsius allmählich auf mehr als 3 Megabar erhöht. ( das Dreimillionenfache des irdischen Atmosphärendrucks. )

Ein Druck dieser Größenordnung herrscht etwa in Sternen oder tief im Innern großer Planeten.

Oberhalb von 2,2 Megabar verhielt sich der Wasserstoff wie ein Halbleiter - ein bisher unbekannter Zustand des Elements.

Bei etwa 2,7 Megabar nahm es metallische Eigemschaften an, und damit bei deutlich nidrigerem Druck als theoretisch vorhergesagt.

Möglicherweise wird der Wasserstoff bei diesem Druck sogar zu einem Supraleiter, der bereits bei Raumtemperatur seinen elektrischen Wiederstand verliert.

Das wollen die Forscher nun in weiteren Experimenten untersuchen.

NATURE MATERIALS , Online 13 November 2011

Hoher Druck macht Wasserstoff metallisch. , MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT 17 November 2011

7.5  – GLOSSAR – Wasserstoff ( Hydrogen ) - am Genfer Kernforschungzentrum (Cern) - Teilchenbeschleuniger LHC ( Large Hadron Collider)

30.03.2010. - Genf -

 –  Rekord-Crash in der Urknallmaschine

 –  Protonen sollen mit Rekordenergie zusammenprallen

 –  Teilchenbeschleuniger verdreifacht Energie-Rekord

Der Large Hadron Collider ( LHC ) hat erneut einen Rekord aufgestellt:

Die beiden Protonenstrahlen jagten mit jeweils 7 Billionen Elektronenvolt durch den ringförmigen, 27 Kilometer langen Tunnel an der schweizerisch-französischen Grenze.

Die Physiker extrahieren für das Experiment Kerne von WASSERSTOFFATOMEN (Protonen).

Diese Protonen werden dann mit jeweils 7 TeV aufeinander geschossen.

Eine TeV entspricht einer Billion Elektronenvolt.

Vom Urknall ( Urknall-Modell - Indizien, Probleme ) sei dieses Experiment aber noch weit entfernt,
sagte Cern -Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer.
  •  CERN - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (F-01631 CERN Cedex France )
  •  CERN is the European Organization for Nuclear Research. ( CH-1211 Genève 23 - Switzerland)

Das Wasserstoffatom besteht aus einem Atomkern (einem einzelnen Proton) und einem einzigen Elektron.
Der Atomkern sitzt im Zentrum des gezeigten Gebildes.

Nach dem Bohrschen Atommodell kreist ein Elektron um den Atomkern wie ein Planet um die Sonne. (atomos griechisch für unteilbar).

Der LHC ist der größte jemals gebaute Teilchenbeschleuniger.
In dem 27 Kilometer langen und knapp 4 Meter hohen Tunnel im schweizerisch-französischen Grenzgebiet werden die kleinsten Bausteine der Materie, sogenannte Elementarteilchen, bei einer Temperatur von minus 271 Grad fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht.
Starke Magneten halten sie auf der Kreisbahn.

PRESSE:

Die WELT – Zitat: –

Früher nutzten Physiker den Begriff – "Elementarteilchen" –.

Heute sprechen sie lieber nur von  – Teilchen – , wenn es zum Beispiel um Protonen, Neutronen oder Elektronen geht.

Ihnen ist zwischenzeitlich klar geworden, dass man mit dem Attribut "elementar" sehr vorsichtig sein muss.

So hielt man das Proton für ein elementares Teilchen, bis man entdeckte, dass es sich aus drei sogenannten Quarks zusammensetzt.

Zwar ist es bis heute nicht gelungen, freie Quarks zu beobachten, weil diese einfach zu stark aneinanderhaften.

Doch als elementar kann man Protonen eben nicht mehr bezeichnen.

Physiker spalten erstmals das Unspaltbare. , WELT Online – 21.04.2012 –
Von Norbert Lossau

FAZ - Frankfurter Allgemeine Zeitung.
 – Erfolg bei Suche nach Higgs-Teilchen: –

«  Eine wissenschaftliche Sensation  »

Von MANFRED LINDINGER - 04.07.2012 -

Zitat: –  Wissenschaftler im Teilchenforschungszentrum Cern in Genf glauben, das jahrzehntelang gesuchte Higgs-Teilchen gefunden zu haben.
Monatelang war im weltgrößten Teilchenbeschleuniger danach gefahndet worden – jetzt liegen die bahnbrechenden Ergebnisse vor.....

Weblinks:

–   Der Kern der Dinge. und Max Planck.

–   Hans G. Dehmelt   Das isolierte Elektron . (Ionenfallen-Technik)

7.6  – GLOSSAR – Wasserstoff ( Hydrogen ) - "bedeutende Mengen" gefrorenen Wasser auf dem Mond

13.11.2009. - NASA -

Sonden-Einschlag:

NASA findet Wasser auf dem Mond.

Sensation auf dem Mond:

Die Nasa hat auf dem Erdtrabanten "bedeutende Mengen" gefrorenen Wassers gefunden.

Der gezielte Crash einer alten Raketenstufe und einer Raumsonde machte die Entdeckung möglich.

Mondwasser dürfte für künftige bemannte Missionen auf dem Erdbegleiter von großer Bedeutung sein -

es könnte in seine chemischen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und
zu Atemgas oder Raketentreibstoff  (Treibstoff) umgewandelt werden.

Die Entdeckung im Cabeus-Krater ( Cabeus Crater-NASA ) ist allerdings etwas vollkommen anderes:

Hier geht es nicht mehr um einzelne Moleküle, sondern um größere Wassermengen.

Um welche genau, verriet die Nasa allerdings nicht.

WASSERSTOFF macht 75 % der gesamten Masse, beziehungsweise 93 % aller Atome des Sonnensystems aus.