Unterschied zwischen einem Motor in dem Wasserstoff verbrannt wird und einer Brennstoffzelle?
Kann mir das jemand bitte mal erklären? Ist es im Prinzip nicht das selber ,außer das bei der zelle ein Katalysator da ist? Aber warum ist dann beim Motor auch keiner?sonst würde das ganze doch explosionsartig sein oder? Danke schon mal
7 Antworten
Eine Brennstoffzelle kombiniert Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser und produziert dabei elektrische Energie.
Ein mit Wasserstoff betriebener Motor verbrennt Wasserstoff und produziert dabei mechanische Energie.
Die Brennstoffzelle ist kein Motor, sondern kann lediglich die Energie für zb. einen E-Motor bereitstellen, damit man hinterher etwas damit antreiben kann, mit einem Wasserstoff verbrennenden Motor hat man den Antrieb direkt.
In einem Wasserstoffverbrennungsmotor liegt ein thermischer Prozess vor, den man Carnot nennt, der Wirkungsgrad ist bei thermischen Maschinen begrenzt auf maximal ca. 60% .
In einer Brennstoffzelle findet eine "kalte Verbrennung" statt und der Wirkungsgrad könnte theoretisch nahe bei 100% liegen.
In einem Verbrennungsmotor wird die adiabatische Ausdehnung der Verbrennungsgase ausgenutzt. Der bestimmende Faktor ist die Differenz zwischen T1 und T2.
In der Brennstoffzelle wird direkt chemische in elektrische Energie gewandelt, die einen hohen Exergieanteil besitzt. Es entfallen also mechanische Teile. Die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie geschieht mit Motoren in einem hohen Wirkungsgrad, Bauteile wie Kupplung und Getriebe entfallen.
Du kannst auch einen Stirling-Motor nehmen - bei dem sind Brenngas und Antriebsgas voneinander getrennt, und du kannst (und solltest) einen Katalysator in den Brennraum einbauen.
Aber wenn es hier um das Funktionsprinzip geht:
Eine Verbrennung ist für gewöhnlich ein irreversibler Vorgang, bei dem chemische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird und diese Wärmeenergie dann in Bewegungsenergie.
Bei einer Brennstoffzelle wird die chemische Energie ziemlich direkt in elektrische Energie umgewandelt, und diese dann in Bewegungsenergie.
Wir haben bei der Verbrennung also die unvermeidbare Entropieerzeugung bei der Erzeugung von Wärmeenergie - Energie, die für nichts mehr taugt als irgendetwas kühleres zu erwärmen.
Bei der Brennstoffzelle haben wir keine prinzipiellen Verluste - nur die technischen, aber prinzipiell verringerbaren Verluste wie die Verluste durch Überspannung an den Elektroden und die ohmschen Verluste.
Nein, nicht dasselbe. Mehr dazu hier. Inzwischen gibt es wieder alles (April 2018):
Der "Wasserstoffmotor" von Toyota ("Modell Mirai") ist kein richtiger Wasserstoffverbrennungsmotor im klassischen Sinn wie bei den Benzinern und Diesel-Fahrzeugen:
Das Tanken des Wasserstoffes dient bei diesem Auto lediglich dazu, um für den Elektromotor effizienter Strom zu gewinnen, als dies normale Steckdosen-Autos tun.
Es handelt sich also um eine Wasserstoffbrennstoffzelle. Der getankte Wasserstoff produziert intern Strom für einen Elektromotor.
Aber auch den richtigen Wasserstoffmotor gibt es wieder! Benziner und Dieselmotoren können mit etwas Modifikation richtigen Wasserstoff tanken und als Kolbenmotor verbrennen.
"Als Kraftstoffe für Ottomotoren können neben dem üblichen Motorenbenzin auch Flüssiggas (Propan und Butan), CNG-Erdgas (Methan), Biogas, Klärgas, Deponiegas, Grubengas sowie Ethanol/Methanol und Wasserstoff verwendet werden. Motoreinstellungen wie Zündzeitpunkt/Zündstärke, geometrisches Verdichtungsverhältnis und Luft-/Kraftstoffverhältnis müssen auf den Treibstoff abgestimmt sein. Mischbetrieb ist gleichzeitig oder alternativ möglich. Stark leistungssteigernd wirken Lachgas- und Nitromethaneinspritzung. Sie sind jedoch meist nicht zulassungsfähig." - Wikipedia.
Seit dem Jahr 2017 gibt es nun ein deutsches Start-Up - Unternehmen aus München-Unterschleißheim, genannt keyou.de, welches diesen Motor gerade gebaut hat. BR und MDR berichteten. Hier:
https://www.youtube.com/watch?v=0GnHIMPKKx4
Auf der Seite "www.keyou.de" findest du alles dazu: Man kann alle Fahrzeuge, auch 80iger PKW, auf Wasserstoff umrüsten. Selbst Groß-LKW-Tonner und Busse. Man kann technisch die schweren Metallkarosserien beibehalten, und muss kein Leichtbau nehmen (kein Carbon). Leider sind die Kapazitäten des Unternehmens begrenzt, das Unternehmen klein und neu, und es braucht Förderung und muss Fuß fassen. 2019 geht der Motor in Serie. Leider fehlt der Wasserstoff. 40 Tankstellen nur. Hinten kommt aber Wasser heraus. Der Motor klingt wie ein Benziner. Du könntest alles umrüsten, auch jedes Fahrzeug aus den 80igern. Aber wie gesagt: Der Markt regelt. Ich habe dort angefragt als Privatmann, und man sagte mir, man konzentriere sich erstmals auf dem Stadtbus und den LKW. Und der Druck sei hoch, die Möglichkeiten klein. Wenn alles klappen sollte, werde man auch an die PKW gehen. Honda produziert bereits sauberen Wasserstoff. Eine neue Wasserstofftankstelle kostet laut Toyota 1 Million Euro.
Dann gab es noch einen Iraner, der tankte sogar reines Leitungswasser. In einen abgedroschenen alten Peugeot mit Schlauch gefüllt. Angeblich chemisch umgewandelt. Das Video kannst du dir hier anschauen: Mit Testfahrt und Benzinsound. Wie eh und je alles, nur mit Wasser. Wer hilft solchen Leuten?
Wasserstoff-Verbrennungsmotor: Die Verbrennung findet in einem Raum (Zylinder) statt. Brennstoff (H2) und Luftsauerstoff werden im Zylinder vermischt und eine Zündkerze bringt die Reaktion im Gang und es entsteht Druck und Wärme -> Wie Benzin im Ottomotor. Hierbei entsteht als "Abgas" Wasser
Wasserstoff-Brennstoffzelle: Brennstoff (H2) und Oxidationsmittel (O2) sind über eine semipermeable Membran räumlich voneinander getrennt. Man hat einen H2-Raum (Anode) und einen O2-Raum (Kathode). Raum = Elektrode. Die Elektroden sind von außen verbunden
H2 und O2 haben das Potential (chemische Potential) miteinander zu reagieren. Allerdings liegen die Stoffe getrennt vor und müssen einen anderen Weg nehmen. Also statt über Wärme (thermische Energie) geht man über Strom (elektrischer Energie).
H2 gibt seine Elektroden an der Elektrode (Anode) ab, durchdringt die Membran und gelangt so als H+ an O2. Die Elektroden wandern von der Anode über einen elektrischen Verbraucher an die Kathode. -> Du machst elektrischen Strom.
So sind H+, O2 und Elektroden auf der Kathodenseite und reagieren zu Wasser.
==> Die Katalysatoren braucht man, um die Raktion "etwas zu beschleunigen". Da du hier keine externen Hilfsmittel hast, wie die Zündkerze, brauchst du die Katalysatoren.
Verbrennung: Ist eine Reaktion mit Sauerstoff. Dabei entsteht Wärme und es kann zu Flammenbildung kommen.