Was ist Wasserstoff-Energie?

Das Universum besteht aus einer Mischung einer Vielzahl von Komponenten. Jeder Bestandteil spielt eine wichtige Rolle bei der Zusammensetzung der Welt. Zu den am häufigsten vorkommenden Bestandteilen im Universum gehören Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Wasserstoff ist der am häufigsten vorkommende Bestandteil, der 75 % des Universums ausmacht, und er spielt eine wichtige Rolle für die Nachhaltigkeit des Lebens. Abgesehen davon, dass er anderen Lebewesen beim Überleben hilft, kann Wasserstoff auch zur Energiegewinnung genutzt werden.

Wasserstoff ist in fast allen Pflanzen enthalten und kommt auch natürlich im Wasser vor. Obwohl die Sonne einen größeren Anteil an Wasserstoffgas hat, ist das Gas so leicht, dass es praktisch von der Oberfläche der Erde verschwindet, wenn es von den Sonnenstrahlen transportiert wird. Um Wasserstoffgas effektiv zu gewinnen, muss es also aus Wasser, Erdgas oder Biomasse gewonnen werden.

Wasserstoffgas

Wasserstoff ist das grundlegendste aller Elemente der Erde. Das Wasserstoffatom besteht aus einem einzigen Proton und einem einzigen Elektron. Als solches ist es sehr häufig vorhanden, aber es existiert nicht wirklich als eigenständige Materieform. Stattdessen ist er in der Regel mit anderen Elementen verbunden. Um Wasserstoffgas von seinen Begleitstoffen zu trennen, ist ein großer Aufwand erforderlich, aber es entsteht eine leistungsstarke, nahezu saubere Energiequelle. Als Gas kann es in Brennstoffzellen zum Antrieb von Motoren verwendet werden.

Wasserstoffgas wird durch eine Technik namens Elektrolyse aus Wasser gewonnen, bei der ein hoher elektrischer Strom durch Wasser geleitet wird, um Wasserstoff- und Sauerstoffatome zu trennen. Das Elektrolyseverfahren ist ziemlich teuer, da es mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist.

Die Energie, die zur Stromerzeugung im Elektrolyseverfahren verwendet wird, wird aus fossilen Brennstoffen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle gewonnen. Sie kann auch aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft gewonnen werden, um sicherzustellen, dass keine Treibhausgasemissionen entstehen.

Die Gewinnung von Wasserstoff in großen Mengen mit dieser Methode wird noch erforscht, um eine praktikable Methode zur Erzeugung von Wasserstoff im Inland zu relativ geringen Kosten zu finden.

Eine weitere Methode zur Gewinnung von Wasserstoffgas ist die Dampf-Methan-Reformierung oder Dampfextraktion, bei der die Wasserstoffatome in Methan von den Kohlenstoffatomen getrennt werden. Dies ist die derzeitige Technik, mit der Wasserstoffgas in großen Mengen gewonnen werden kann. Der Nachteil der Dampf-Methan-Reformierung besteht darin, dass sie viele Treibhausgase wie Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in die Atmosphäre abgibt, die für die globale Erwärmung verantwortlich sind.

Um aus dem Wasserstoffgas Strom zu gewinnen, wird es in Brennstoffzellen geleitet, wo es sich mit Sauerstoff verbindet, wodurch eine chemische Reaktion entsteht, die Strom und Wärme erzeugt. Das Wasserstoffgas kann auch einfach verbrannt werden, um Fahrzeugmotoren anzutreiben. Die Nebenprodukte dieser chemischen Reaktion sind Wasser und Kohlenstoff, der zur Herstellung von Methan und Kohle verwendet wird.

Verschiedene Verwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff

Wasserstoff entsteht als Nebenprodukt in der Chlor- und Alkaliindustrie. Früher wurde er zum Teil für nichtenergetische Anwendungen genutzt, und der Rest wurde entweder abgefackelt oder in die Atmosphäre abgeleitet. Heute wird der als Nebenprodukt anfallende Wasserstoff für die Herstellung von Chemikalien und für den Eigenbedarf (hauptsächlich für Energiezwecke) verwendet.

Wasserstoff wird für nichtenergetische Anwendungen hergestellt, z.B. in der Düngemittelindustrie und in Erdölraffinerien. Mit Wasserstoff betriebene kleine Stromaggregate, Brennstoffzellenbusse, Dreiräder, Zweiräder (Motorräder) und katalytische Verbrennungssysteme für Privathaushalte und die Industrie wurden ebenfalls entwickelt und demonstriert.

Vorteile der Wasserstoff-Energie

Eine erneuerbare Energiequelle und ein reichhaltiges Angebot

Wasserstoff ist aus vielen Gründen eine ergiebige Energiequelle, wobei der wichtigste Grund darin besteht, dass er reichlich vorhanden ist. Auch wenn es viele Ressourcen braucht, um ihn nutzbar zu machen, ist keine andere Energiequelle so unendlich wie Wasserstoff. Das bedeutet, dass er im Gegensatz zu anderen Energieträgern nicht zur Neige gehen kann.

Zahlreiche Quellen für die lokale Erzeugung von Wasserstoff

Wasserstoff kann entweder vor Ort, wo er verwendet wird, oder zentral hergestellt und dann verteilt werden. Wasserstoffgas kann aus Methan, Benzin, Biomasse, Kohle oder Wasser hergestellt werden. Die Faktoren wie Verschmutzungsgrad, technische Herausforderungen und Energiebedarf variieren je nach den verwendeten Quellen.

Es ist praktisch eine saubere Energiequelle

Wenn Wasserstoff verbrannt wird, um Kraftstoff zu erzeugen, sind die Nebenprodukte völlig sicher, das heißt, sie haben keine bekannten Nebenwirkungen. In der Luftfahrtindustrie wird Wasserstoff sogar als Trinkwasserquelle verwendet. Nach der Verwendung von Wasserstoff wird er normalerweise in Trinkwasser für Astronauten auf Schiffen oder Raumstationen umgewandelt.

Wasserstoffenergie ist ungiftig

Es handelt sich um eine ungiftige Substanz, die für eine Brennstoffquelle selten ist. Das bedeutet, dass er umweltfreundlich ist und der menschlichen Gesundheit keinen Schaden zufügt.

Dieser Aspekt macht ihn zu einem bevorzugten Energieträger im Vergleich zu anderen Energieträgern wie Kernenergie oder Erdgas, die extrem gefährlich oder schwierig sicher zu nutzen sind. Außerdem kann Wasserstoff an Orten verwendet werden, an denen andere Brennstoffe nicht zugelassen sind.

Die Verwendung von Wasserstoff verringert die Umweltverschmutzung erheblich

Wenn Wasserstoff in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff kombiniert wird, entsteht Elektrizität, die für den Antrieb von Fahrzeugen, für einen Elektromotor, als Wärmequelle und für viele andere Zwecke verwendet werden kann. Bei der Verbindung mit Sauerstoff entstehen als Nebenprodukte nur Wasser und Wärme, was der Vorteil der Verwendung von Wasserstoff als Energieträger ist.

Bei der Verwendung von Wasserstoff-Brennstoffzellen werden kein Kohlendioxid und keine anderen Treibhausgase oder andere Partikel freigesetzt, wenn erneuerbare Quellen wie Wasser oder Solarenergie für den Produktionsprozess verwendet werden.

Wasserstoff ist weitaus effizienter als andere Energiequellen

Wasserstoff ist eine effiziente Energieform, da er im Vergleich zu Diesel oder Gas in der Lage ist, für jedes Pfund Kraftstoff eine Menge Energie zu liefern. Das bedeutet, dass ein Auto, das mit Wasserstoff betrieben wird, mehr Kilometer zurücklegt als eines mit der gleichen Menge Benzin.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Verbrennungskraftwerk, das in der Regel Elektrizität mit einem Wirkungsgrad von 33 bis 35 % erzeugt, können Wasserstoff-Brennstoffzellen Elektrizität mit einem Wirkungsgrad von bis zu 65 % erzeugen, was einer dreimal höheren Kapazität entspricht.

Einsatz für den Antrieb von Raumschiffen

Die Effizienz und Leistung von Wasserstoff machen ihn zu einer idealen Brennstoffquelle für Raumschiffe. Seine Leistung ist so hoch, dass er Raumschiffe schnell zu Erkundungsmissionen antreiben kann.

Außerdem ist er die sicherste Energieform für eine so energieintensive Aufgabe. Die Energie des Wasserstoffs ist dreimal stärker als die von Benzin und anderen fossilen Brennstoffen. Das bedeutet im Idealfall, dass man weniger Wasserstoff benötigt, um eine enorme Aufgabe zu bewältigen.

Außerdem bietet er Antriebskraft für Flugzeuge, Boote, Autos und sowohl tragbare als auch stationäre Brennstoffzellenanwendungen. Der Nachteil bei der Verwendung von Wasserstoff in Autos besteht darin, dass er in kryogenen oder Hochdrucktanks praktisch nicht gelagert werden kann.

Ein nachhaltiges Produktionssystem

Die Elektrolyse ist ein Verfahren, bei dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. In diesem Fall kann erneuerbare Energie zum Betrieb von Elektrolyseuren verwendet werden, um Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen, was ein nachhaltiges, von Erdölprodukten unabhängiges System darstellt, das zudem umweltfreundlich ist und keine Emissionen verursacht. Einige der erneuerbaren Energiequellen, die zum Betrieb von Elektrolyseuren verwendet werden, sind Wind-, Wasser-, Sonnen- und Gezeitenenergie.

Nachdem der Wasserstoff in einem Elektrolyseur hergestellt wurde, kann er in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung verwendet werden. Die Nebenprodukte, die beim Brennstoffzellenprozess entstehen, sind Wasser und Wärme. Wenn Brennstoffzellen bei hohen Temperaturen arbeiten, kann das System als Kraft-Wärme-Kopplungsanlage eingerichtet werden, wobei die Abwärme zum Heizen verwendet wird.

Nachteile der Wasserstoff-Energie

Während die Wasserstoff-Energie viele bewundernswerte Vorteile hat, ist sie für die meisten Regierungen und Unternehmen nicht wirklich die bevorzugte, saubere und billige Energiequelle. Im gasförmigen Zustand ist er ziemlich flüchtig.

Die Flüchtigkeit verschafft ihm zwar einen Vorteil gegenüber anderen Energiequellen, wenn es um die Bewältigung zahlreicher Aufgaben geht, macht ihn aber auch zu einem Risiko bei der Nutzung und Umgehung. Zu den Nachteilen der Wasserstoffenergie gehören:

Wasserstoffenergie ist teuer

Elektrolyse und Dampfreformierung, die beiden Hauptverfahren der Wasserstoffgewinnung, sind extrem teuer. Das ist der eigentliche Grund dafür, dass sie weltweit nicht sehr verbreitet sind. Heute wird Wasserstoff hauptsächlich für den Antrieb der meisten Hybridfahrzeuge verwendet.

Es sind noch viel Forschung und Innovation erforderlich, um billige und nachhaltige Wege zur Nutzung dieser Energieform zu finden. Bis dahin bleibt die Wasserstoffenergie ausschließlich den Reichen vorbehalten.

Komplikationen bei der Speicherung

Eine der Eigenschaften von Wasserstoff ist seine geringere Dichte. Er hat sogar eine viel geringere Dichte als Benzin. Das bedeutet, dass er in einen flüssigen Zustand komprimiert und bei niedrigeren Temperaturen gelagert werden muss, um seine Effektivität und Effizienz als Energiequelle zu gewährleisten.

Dieser Grund erklärt auch, warum Wasserstoff stets unter hohem Druck gelagert und transportiert werden muss, weshalb der Transport und die allgemeine Verwendung bei weitem nicht machbar sind.

Es ist nicht die sicherste Energiequelle

Die Kraft von Wasserstoff sollte keinesfalls unterschätzt werden. Zwar ist Benzin etwas gefährlicher als Wasserstoff, aber Wasserstoff ist eine hochentzündliche und flüchtige Substanz, die immer wieder wegen ihres Gefahrenpotenzials in die Schlagzeilen gerät. Im Vergleich zu Gas ist Wasserstoff geruchlos, was eine Lecksuche fast unmöglich macht. Um Lecks aufzuspüren, müssen Sensoren installiert werden.

Tricky to Move Around

Der Transport von Wasserstoff ist aufgrund seiner Leichtigkeit eine schwierige Aufgabe. Öl kann sicher transportiert werden, weil es meist durch Rohre geschoben wird.

Kohle kann bequem in Kipplastern transportiert werden. Wasserstoff stellt auch eine Herausforderung dar, wenn es darum geht, ihn in großen Mengen zu transportieren, weshalb er meist nur in kleinen Chargen befördert wird.

Abhängig von fossilen Brennstoffen

Wasserstoffenergie ist erneuerbar und hat nur minimale Auswirkungen auf die Umwelt, aber die Trennung von Sauerstoff erfordert andere, nicht erneuerbare Quellen wie Kohle, Öl und Erdgas. Fossile Brennstoffe werden immer noch benötigt, um Wasserstoffkraftstoff zu produzieren.

Wasserstoffenergie kann die Bevölkerung nicht ernähren

Trotz der Tatsache, dass Wasserstoff in Hülle und Fülle vorhanden ist, begrenzen die Kosten seiner Nutzbarmachung eine umfassende Nutzung. Wie Sie wissen, ist es ziemlich schwierig, den Status quo zu verändern.

Energie aus fossilen Brennstoffen beherrscht immer noch die Welt. Es gibt auch keine Rahmenbedingungen, die sicherstellen, dass Wasserstoff für den normalen Autobesitzer in Zukunft billig und nachhaltig ist.

Selbst wenn Wasserstoff jetzt billig werden würde, würde es Jahre dauern, bis er zur meistgenutzten Energiequelle wird, da die Fahrzeuge selbst und die Tankstellen an die Anforderungen des Wasserstoffs angepasst werden müssten. Dies würde einen massiven Kapitalaufwand erfordern.

Es ist eine Tatsache, dass Wasserstoff-Energie eine erneuerbare Ressource ist, weil sie im Überfluss vorhanden ist und ihre Auswirkungen stark vernachlässigt werden. Die Unternehmen, die Wasserstoff herstellen, benötigen jedoch andere, nicht erneuerbare Energieformen wie fossile Energieträger (Kohle, Erdgas und Erdöl), um ihn vom Sauerstoff zu trennen. Wir werden vielleicht in der Lage sein, die übermäßige Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu minimieren, wenn wir uns der Wasserstoff-Energie zuwenden, aber es wird entmutigend sein, sie aus dem System zu entfernen.

U.S. DoE
U.S. EPA
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Ein echter Umweltschützer von Herzen ❤️. Gründete Conserve Energy Future mit dem einzigen Motto, hilfreiche Informationen über unsere sich schnell erschöpfende Umwelt zu liefern. Wenn Sie nicht fest an Elon Musks Idee glauben, den Mars zu einem weiteren bewohnbaren Planeten zu machen, denken Sie bitte daran, dass es in diesem ganzen Universum wirklich keinen ‚Planeten B‘ gibt.

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