Wasserstoff und Brennstoffzellen

Wasserstoff und Brennstoffzellen
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Описание книги

Zunächst der Atomausstieg – dann der Kohleausstieg. Beide Großtechnologien durch erneuerbare Energien zu ersetzen ist eine Herkulesaufgabe. Umso wichtiger ist es, endlich auf die Alternativen zu schauen. Die Wissenschaft ist sich schon seit Jahren darüber einig, dass die erneuerbaren Energien eine zuverlässige Energieversorgung sicherstellen können. Eine von mehreren Voraussetzungen ist aber, dass Solar- und Windstrom effizient gespeichert werden kann. Und genau an dieser Schnittstelle, bei der Energiespeicherung von „grünem Strom“, kommt Wasserstoff ins Spiel. Wasserstoff ist der aussichtsreichste Energiespeicher, um Sonnen- und Windstrom auch über längere Zeiträume bevorraten zu können. Die Idee einer solaren Wasserstoffwirtschaft beziehungsweise von Wind-Wasserstoff ist nicht neu, aber noch nie waren die Voraussetzungen so gut wie heute, um diese Idee in die Realität umzusetzen. Dieses Buch skizziert den Weg dorthin – von der gestrigen über die aktuelle hin zu einer zukunftsfähigen, wirklich nachhaltigen Energieversorgung. Geitmann und Augsten widmen ihre Aufmerksamkeit dafür ganz der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik – denn Wasserstoff als der Energiespeicher und die Brennstoffzelle als der Energiewandler der Zukunft können gemeinsam den Aufbau einer weltweiten Wasserstoffwirtschaft ermöglichen. Sie sind essenzielle Bausteine für das Gelingen der Energiewende.

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Sven Geitmann. Wasserstoff und Brennstoffzellen

AUTORENVORWORT ZUR 4. AUFLAGE

VORWORT

INHALT

1EINLEITUNG: RETTET WASSERSTOFF DAS KLIMA?

2ENERGIEVERSORGUNG VON DER STEINZEIT BIS HEUTE

2.1DER ENERGIEBEDARF WÄCHST

2.2HEUTIGE ENERGIEQUELLEN

2.2.1PRIMÄRENERGIE: BEDARF UND QUELLEN

2.2.2STROM: MUSTERKIND DER ENERGIEWENDE

2.2.3WÄRME: SEIT JAHRZEHNTEN KAUM BEWEGUNG

2.2.4MOBILITÄT: VERKEHRSWENDE KOMMT IN SICHT

2.2.5SEKTORENKOPPLUNG: ALLE ZUSAMMEN STATT JEDER FÜR SICH

2.3GRENZEN DER HEUTIGEN ENERGIEVERSORGUNG. 2.3.1TREIBHAUSGASE UND KLIMAWANDEL

2.3.2DIE ENDLICHKEIT FOSSILER BRENNSTOFFE

2.3.3SCHADSTOFFE UND ANDERE UMWELTBELASTUNGEN

2.4AUSWEG ATOMENERGIE?

2.5DAS RICHTIGE TIMING: SPEICHER UND LASTMANAGEMENT

2.6ZUKUNFTSSZENARIEN FÜR DIE ENERGIEWENDE

2.7DER BEGINN DER SOLAREN WASSERSTOFFWIRTSCHAFT

2.8DIE NATIONALE WASSERSTOFFSTRATEGIE

3WASSERSTOFF UND SEINE EIGENSCHAFTEN

3.1EIGENSCHAFTEN

3.1.1H2-KONFIGURATION

3.1.2WASSERSTOFF IM VERGLEICH ZU KONVENTIONELLEN KRAFTSTOFFEN

3.2WASSERSTOFF UND SICHERHEIT

3.2.1KNALLGASREAKTION

3.2.2MATERIALWECHSELWIRKUNGEN

4GEWINNUNG VON WASSERSTOFF

4.1ZUKÜNFTIGER WASSERSTOFFBEDARF

4.2HERSTELLUNGSPROZESSE IM ÜBERBLICK

4.2.1DIE ELEKTROLYSE: HOFFNUNGSTRÄGER FÜR GRÜNEN WASSERSTOFF

4.2.2REFORMIERUNG VON KOHLENWASSERSTOFFEN

4.2.3PYROLYTISCHE PROZESSE AUF BASIS FESTER KOHLENWASSERSTOFFE

4.2.4METHANPYROLYSE: EIN TRAUM IN TÜRKIS

4.2.5KVÆRNER-VERFAHREN

4.2.6MIKROBIOLOGISCHE HERSTELLUNG: VON NATUR AUS GRÜN

4.2.7DISSOZIATION: WASSERSTOFF AUS DEM SOLARTURM

4.2.8METHANHYDRAT: WASSERSTOFF AUS DER TIEFSEE?

4.3REINIGUNG

4.3.1ANFORDERUNGEN AN DIE REINHEIT

4.3.2WICHTIGE REINIGUNGSVERFAHREN IM ÜBERBLICK

4.4HERSTELLUNGSKOSTEN

5SPEICHERUNG VON WASSERSTOFF

5.1GASDRUCKBEHÄLTER

5.2KRYOGENBEHÄLTER

5.3METALLHYDRID

5.4NANORÖHRCHEN

5.5FLÜSSIGE WASSERSTOFFTRÄGER: CARBAZOL & CO

5.6UNTERIRDISCHE KAVERNEN

5.7EINSPEISUNG INS GASNETZ: BEIMISCHUNG

5.8EINSPEISUNG INS GASNETZ: METHANISIERUNG

6TRANSPORT

6.1GASTRANSPORT MIT FAHRZEUGEN

6.2FLÜSSIGTRANSPORT PER LKW, BAHN ODER SCHIFF

6.3PIPELINES

7TANKSTELLEN-INFRASTRUKTUR

7.1AUFBAU EINES TANKSTELLENNETZES

7.2BELIEFERUNG DER TANKSTELLEN

7.3FAHRZEUGBETANKUNG. 7.3.1BETANKUNG MIT GASFÖRMIGEM WASSERSTOFF

7.3.2BETANKUNG MIT FLÜSSIGEM WASSERSTOFF

8SICHERHEIT

8.1VORSICHTSMASSNAHMEN

8.1.1BRAND- UND EXPLOSIONSVERHALTEN

8.1.2MASSNAHMEN IM BRANDFALL

8.1.3ATEMWEGE UND HAUTKONTAKT

8.2UNFALLSZENARIEN UND LERNEFFEKTE

8.2.1LKW-UNFÄLLE

8.2.2PKW-BRANDVERSUCHE

8.2.3LACHENBILDUNG UND VERDAMPFUNG

9BRENNSTOFFZELLE

9.1GRUNDSÄTZLICHE FUNKTIONSWEISE

9.2EFFIZIENZ VON BRENNSTOFFZELLEN

9.3TYPEN VON BRENNSTOFFZELLEN

9.3.1PEM-BRENNSTOFFZELLE

9.3.2ALKALISCHE BRENNSTOFFZELLE (AFC)

9.3.3DIREKT-METHANOL-BRENNSTOFFZELLE (DMFC)

9.3.4PHOSPHORSÄURE-BRENNSTOFFZELLE (PAFC)

9.3.5SCHMELZKARBONAT-BRENNSTOFFZELLE (MCFC)

9.3.6FESTOXID-BRENNSTOFFZELLE (SOFC)

9.3.7FESTSÄURE-BRENNSTOFFZELLE (SAFC)

9.3.8MIKROBIELLE BZ

9.4BRENNSTOFFE – ALTERNATIVE ENERGIETRÄGER

9.4.1ERDGAS UND BIOGENES METHAN

9.4.2FLÜSSIGGAS

9.4.3BIOGAS, KLÄRGAS & CO

9.4.4METHANOL

9.5KOSTEN VON BRENNSTOFFZELLEN

9.6CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN

10EINSATZGEBIETE

10.1MIKRO UND MINI

10.2PORTABLE EINHEITEN

10.3BACK-UP-SYSTEME UND OFFGRID-ANWENDUNGEN

10.4HAUSENERGIEVERSORGUNG

10.5KRAFTWERKSBETRIEB

10.6FAHRZEUGE

10.6.1PKW

10.6.2LKW

10.6.3BUSSE

10.7LUFTFAHRT

10.8RAUMFAHRT

10.9SCHIFFFAHRT

11WASSERSTOFFMOTOR

11.1FUNKTION DES WASSERSTOFFMOTORS

11.2EIGENSCHAFTEN DES WASSERSTOFFMOTORS

11.3HERAUSFORDERUNGEN BEI H2-MOTOREN

11.4UMWELTBILANZ

11.5AUTOS MIT H2-MOTOR

12WASSERSTOFF FÜR DIE INDUSTRIE

13KATALYTISCHER BRENNER

14KOSTEN DER WASSERSTOFFTECHNOLOGIEN

15FAZIT UND AUSBLICK

16ANHANG. 16.1ABKÜRZUNGEN

16.2EINHEITEN/FORMELZEICHEN

16.3 ELEMENTE

16.4 GESCHICHTE

TAB. 7 UMRECHNUNGSTABELLE WASSERSTOFF

TAB. 8KENNWERTTABELLE

16.7 LH2-SICHERHEITSMASSNAHMEN

LITERATUR

INDEX

AUTOREN

VERLAGSPROGRAMM

Отрывок из книги

Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

.....

8 Sicherheit

8.1 Vorsichtsmaßnahmen

.....

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