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Oliver Arend
Administrator
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Beitrag 7208939
, Benzin vs. Brennstoffzelle vs. Akku
[01. Juni 2010 um 15:18]
Das Thema was ich hier anspreche geht eigentlich mehr Richtung Luftfahrt als Richtung Raketen, aber es tut sich eine interessante Analogie auf.
Öl wird ja (angeblich) zunehmend knapp und teuer, dazu ist die Verbrennung umweltverschmutzend. Es hat allerdings gewisse Vorteile und wird daher fast ausschließlich als Treibstoff für Fahr- und Flugzeuge verwendet: - einfacher Transport - einfache Lagerung - hohe Energiedichte Die ersten beide Punkte sind unbestreitbar, bei der hohen Energiedichte muss allerdings berücksichtigt werden, das zur Verbrennung eine ganze Menge Luft notwendig ist, die man ja glücklicherweise nicht mitführen muss. Nun schauen wir uns mal eine Brennstoffzelle und deren Brennstoffe an. Da gibt es verschiedene Optionen: - einfacher Transport (Methanol/Ethanol) / mittelschwieriger Transport (Wasserstoff) - einfache Lagerung (Meth./Eth.) / schwierige Lagerung (Wasserstoff) - hohe Energiedichte (Meth./Eth.) / sehr hohe Energiedichte (Wasserstoff; zumindest massebezogen) Hier steht man vor jeweils mindestens einem Dilemma: Die Kohlenwasserstoffe sind furchtbar praktisch, aber eben auch Ölderivate, wenn wir nicht anfangen wollen, den ganzen Planeten mit Zuckerrohrplantagen o.ä. zuzupflastern. Auch der Wasserstoff muss irgendwo gewonnen werden, bisher geschieht das durch Dampfreformierung oder "dreckigen" Strom (Öl, Kohle, Kernkraft). Zunächst nicht nachhaltig, aber sicher mit einer gewissen Zukunft. Auch hier der Vorteil, dass die zum Betrieb notwendige Luft nicht mitgeführt werden muss. Zuletzt der Akku: - einfachster Transport (des Stroms zum Akku) - einfache Lagerung (wenn auch sehr kosten- und masseintensiv, nicht langfristig) - niedrige Energiedichte Hier bestehen dieselben Probleme wie beim Wasserstoff. Was die Nutzbarkeit in der Luftfahrt angeht, ist jedoch der große und schwere Akku ein Hindernis. Denn genau hier muss nämlich auch die chemische Energie, die sonst aus der Luft gezogen wird, mit im Akku gespeichert werden (also wie bei Raketen!). Daher halte ich es für fragwürdig, ob man das System Akku+Elektromotor jemals mit derselben Leistungsdichte wird herstellen können, wie Tank+Sprit+Verbrennungsmotor (bisher am leichtesten?) oder Tank+Wasserstoff+Brennstoffzelle+Elektromotor (im Mittelfeld?). Wie seht Ihr das? Oliver |
Neil
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Beitrag 7208940
[01. Juni 2010 um 15:27]
Hi,
nettes Thema. Es gibt mehrere Ansätze das Zuckerrohrfeld zu ersetzen. Zwei Beispiele wären das künstliche Blatt und gezielt erstellte Bakterien. Vor kurzem wurde ja das erste komplett künstlich erzeugte Bakterium gezüchtet. Ziel der Forscher ist es ein Bakterium zu bekommen was uns z.B. das CO2 weg frisst und dafür Alkohl gibt. Bei der Idee Deserttec gefällt mir die Art des Energietransportes nicht. Dazu kommt das wir dann wirklich alles elektrisch betreiben müssen. Wie Oliver aber gezeigt hat ist es nicht so einfach. Ein Jumbo mit Wasserstoff angetrieben wird nicht über den großen Teich kommen. Warum also nicht "Farmen" da installieren wo genug Sonne scheint. Das Produkt was dort heruas kommt kann dann genau so genutzt werden wie jetzt z.B. Erdöl. Man muss die Infrakstruktur nicht ändern. Wir fahren alle weiterhin schön unsere Autos mit Verbrennungsmotor. Wir haben Gaskraftwerke für die Stromgewinnung. Nur diesmal kommt der Treibstoff über Umwegen von der Sonne. Im übrigen wenn man der Geschichte glauben darf, ist Thomas Edison schuld daran das die Autos mit Erdölprodukten betrieben werden. Er hat die elektrische Lampe erfunden. Die Petroleumindustrie konnte weniger Produkt los werden weil alle mit Strom beleuchteten. Dann kam das Auto. Die fuhren zuerst mit Alkohol. Durch gute Lobbyarbeit wurde der Alkohol schlecht gemacht und Benzin als die Lösung angepriesen. Gruß Neil Die Erde ist eine Scheibe. Egal in welche Richtung sich die Menschheit bewegt, sie geht immer auf einen Abgrund zu. |
Zaphod
Epoxy-Meister Registriert seit: Feb 2007 Wohnort: Alsbach-Hähnlein Verein: TU-Darmstadt Beiträge: 425 Status: Offline |
Beitrag 7208965
[02. Juni 2010 um 10:55]
Meine Hoffnung liegt in der Herstellung von Zellulose-Ethanol. Ein Verfahren, bei dem ein Großteil des Zellmaterials durch Verwendung spezieller Enzyme in Stärke und Zucker umgewandelt werden können. Das erhöht die Ausbeute des zu vergärenden Materials um ca. 70%. Statt ca. 160kg Ethanol aus einer Tonne Stroh, bekäme man zusätzlich weitere 124kg Ethanol heraus.
Gruß, Marco |
Neil
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Beitrag 7208994
[02. Juni 2010 um 20:06]
Hi,
das Problem was bei Brennstoffzellen mit Wasserstoff auftritt kann man gut sehen bei dem Projekt Antares. Es handelt sich um ein mit Wasserstoff per Brennstoffzelle angetriebenes Flugzeug. Gruß Neil Die Erde ist eine Scheibe. Egal in welche Richtung sich die Menschheit bewegt, sie geht immer auf einen Abgrund zu. |
hybrid
SP-Schnüffler Registriert seit: Mai 2005 Wohnort: Verein: Beiträge: 675 Status: Offline |
Beitrag 7209910
[03. Juni 2010 um 02:14]
Zitat: In der Leistungsdichte (zumindest im kleinen Bereich um ca ein-drei kg) schlagen die E-Motoren die Verbrenner schon. Es gibt Flugmodelle mit unter 1kg Gewicht mit 2,5kW Antriebsleistung. Der FAI-Rekord für Propellermodelle wird mit 361km/h von einem elektro-Modell gehalten, das schnellste Verbrenner-Modell: 343,92 km/h. Die Energiedichte ist natürlich bei den Verbrenner-Antrieben deutlich höher. Zitat: Der Flächenbedarf für Solarzellen, um den Strom für ein Auto mit einer Jahresfahrleistung von 15.000km zu erzeugen beträgt in Deutschland ca 25qm. Wieviel Fläche bräuchte man für den Anbau von Biomasse um ca 1200l Ethanol zu erzeugen? 8l Ethanol/100km entsprechen ca 5l Benzin/100km Grüße Malte Geändert von hybrid am 03. Juni 2010 um 02:21 |
Neil
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Beitrag 7210900
[03. Juni 2010 um 09:26]
Hi,
es gibt für Elektrofahrzeuge eine Alternative zu einem großen Akku. Jeder lädt ja seine elektrische Zahnbürste induktiv auf. So eine Technik wurde vor kurzem als die neuste Idee für kleine Geräte wie Telefone oder Kameras angepriesen. Es gibt eine Fläche wo man das Gerät drauf legt. Die Fläche stellt eine Hälfte eines Transformators da, das Gerät die andere Hälfte. Für Straßenbahnen wurde sowas jetzt auch entwickelt. Manchmal kann man keine Oberleitung verbauen. Bei diesem System befindet sich im Gleis eine hälfte des Transformators und unter der Straßenbahn die andere Hälfte. Es werden nur die Spulen eingeschaltet die sich gerade unter der Straßenbahn befinden. Ähnliches könnte man auch für Autos machen. So wäre es z.B. möglich sowas in die Fahrbahn von Autobahnen ein zu lassen. Da fahren ja alle sehr große Strecken und wollen nicht immer den Akku wechseln. Der Akku würde auf der Autobahn geladen werden so das er voll zur Verfügung stehen würde wenn man die Autobahn wieder verlässt. Auch vor Ampeln in Städten könnte man sowas machen. Zur Zeit ist die Idee aber nur für Parkplätze wenn das Auto steht vorgesehen. Das System hätte noch einen Vorteil. Die straße weiß wo welches Fahrzeug ist und wie schnell es ist. Wenn man also zu schnell fährt oder zu dicht auf fährt könnte es die Fahrzeuge gezielt ausbremsen. Nur hier ergibt sich ein andres Problem. Man benötigt sehr viel Kupfer. Kupfer wird aber bald knapp werden. Wenn man alles elektrisch antrieben will, so muss man mehr Leitungen legen und mehr Motore bauen. Diese benötigen alle Kupfer. Bei den Rohstoffen für Akkus sieht es sogar noch schlimmer aus. Daher wäre der umweg über "Biokraftstoffe" evtl. die bessere Lösung. Man muss nicht zu viel Infrastruktur ändern. Auch kann man flüssige Energieträger verlustfrei lagern was mit einem Akku nicht möglich ist. Bei der Zahl von 25m² Solarzellen pro Auto kam mir eine alte Idee von mir in den Sinn. wir haben jetzt schon mehr Fläche zu geteert für Autos als wir für Solarzellen für Autos benötigen. Warum also nicht dieser Fläche ein Dach geben? Würden wir alle Parkplätze und auch die Autobahnen überdachen, hätten wir genug Fläche für die Solarzellen. Dazu kommt dann noch das der Teer auf diesen Flächen weniger Temperaturextreme ausgesetzt sein würde. Er würde auch nicht mehr nass werden. Im ganzen lebt er länger und es kann so Geld eingespart werden. Die Autofahrer fahren nicht mehr auf nassen Straßen und es gibt wenifer unfälle durch Aquaplaning. Tiefstehende Sonne ist auch kein Problem. Klingt doch eigentlich ganz gut oder? Nur gibt es da das Problem mit dem dauernden Fahren in einem Tunnel. Untesuchungen haben gezeigt das Tunnel fahren nicht ideal ist. Daher sind die meisten neuen Tunnel auch nicht gerade. Man muss also Lösungen finden wie man das fahren unter einem Dach oder in einem Tunnel angenehmer gestalten kann. Ich bin der Meinung das man eine technische Revolution anstreben sollte als Konjunkturförderung. Normalerweise wird ja alles mit Hilfe der Nachbarländer in einem Krieg zerstört damit man es wieder neu aufbauen kann. Warum nicht das ganze ohne Krieg machen und einfach mal die Technologie ändern. Wäre für mich sinnvoller als neue Straßen nach altem System bauen oder Schlaglöcher zu teeren. Bei einer überdachten Straße gäbe es keine Schlglöcher. Gruß Neil Die Erde ist eine Scheibe. Egal in welche Richtung sich die Menschheit bewegt, sie geht immer auf einen Abgrund zu. |
Achim
Moderator
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Beitrag 7212907
[04. Juni 2010 um 10:38]
Die ganze Sache hat einfach den Haken dass in Deutschland viel zu selten die Sonne scheint und viel zu lange Winter ist. Das haut mit Solarzellen nie hin. Woher also den Strom nehmen? Und selbst wenn: Ohne Akkus wird es nicht gehen. Nach dem momentanen Stand der Technik überlebt ein Akku unter Praxisbedingungen kaum mehr als 400 Zyklen. Alle 2 Jahren einen neuen Akku für 1000e von Euros?
Da glaub ich nicht dran. Wir werden noch sehr lange herkömmlich fahren. Gruß, Achim Der größte Feind des Erfolges ist die Perfektion |
hybrid
SP-Schnüffler Registriert seit: Mai 2005 Wohnort: Verein: Beiträge: 675 Status: Offline |
Beitrag 7212910
[04. Juni 2010 um 12:29]
Zitat: Achim, ich muss widersprechen, die 25qm gelten für Deutschland! Zitat: Auch hier muss ich widersprechen: A123-Zellen haben nach über 2000 Zyklen immer noch 90% ihrer Kapazität http://energyanalysis.org/wp-content/uploads/2008/07/a123-plug-in-cycle-life.jpg Grüße Malte Geändert von hybrid am 04. Juni 2010 um 12:50 |
Neil
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Beitrag 7212914
[04. Juni 2010 um 12:49]
Hi,
man müsste das mal gegenzeichnen zu der Leistungsabnahme eines Verbrennungsmotors über die Jahre. Der wird ja auf Dauer auch nicht besser. Wenn ich netterweise nur mit 150km pro Ladung rechne, so kommt man mit 2000 Ladungen 300.000km weit. Es gibt Autos die da schon ihren dritten Motor haben aber einige die da noch mit dem ersten herum kurven weil er gerade erst so richtig eingefahren ist . Wenn man dann noch die Idee umsetzt, das alle Autos einen identischen Wechselakku bekommen der nur leihweise drin ist, so würde es jedem persönlich nicht tendieren wenn ein Akku an der Tanke durch einen nagelneuen ausgetauscht werden würde. Das ist so wie mit den Mehrwegglasflaschen. Keiner wundert sich das die alten Flaschen verschwinden und die neuen plötzlich da sind. So ein System wäre eine nette Lösung um die Akkus auf der Raststätte in 5 Minuten voll zu bekommen. Man wechselt die einfach aus. Machen ja die viel flieger auch. Gruß Neil Geändert von Neil am 04. Juni 2010 um 12:51 Die Erde ist eine Scheibe. Egal in welche Richtung sich die Menschheit bewegt, sie geht immer auf einen Abgrund zu. |
Achim
Moderator
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Beitrag 7212926
[04. Juni 2010 um 14:52]
Was sind denn das für Zellen? Werden die überhaupt verbaut? Da müsste der sündteure Notebookakku ja 10 Jahre halten. Meist sind die nach 2 Jahren schon hinüber. Und ergibt sich diese Zyklenzahl unter praxisgerechten, sprich suboptimalen Bedingungen? (zweifel, zweifel)
Mal ganz grob gerechnet: 1qm Fläche ergibt bei optimaler Sonneneinstrahlung ca. 100W, also 2500W bei 25qm bei Installationskosten von 10 -15000 Euro. Wie soll man damit fahren. Wenn der Motor nur 50kw schluckt müsste die Sonne dafür ohne die Verluste zu berücksichtigen 20h scheinen amit ich 1h fahren kann. Das langt für viele nicht mal für die Fahrt zur Arbeit. Und es gibt Zeiten wo die Sonne gar nicht scheint. Was wäre in den letzten 3 Monaten denn gewesen? Gruß, Achim Der größte Feind des Erfolges ist die Perfektion |