Was ist Wasserstoff Energie
Was ist Wasserstoff Energie

Was ist Wasserstoff Energie

Was ist Wasserstoffenergie und wie wird Wasserstoffenergie in Strom umgewandelt?

Von allen im Universum vorkommenden Elementen ist Wasserstoff am häufigsten vorhanden. Wasserstoffgas hat bemerkenswerte Eigenschaften, darunter farblos, geschmacklos und unsichtbar, die es heiß begehrt machen.

Es kann auch in eine erneuerbare, umweltfreundliche und emissionsfreie Energiequelle umgewandelt werden. Sie gilt als Eckpfeiler der neuen Energiewirtschaft. Das Streben nach Wasserstoffenergie begann bereits 1776 durch den britischen Wissenschaftler Henry Cavendish.

Er identifizierte es zuerst als eigenständiges Element, nachdem er Wasserstoffgas entwickelt hatte, indem er Zinkmetall Salzsäure aussetzte. Henry Cavendish machte während einer Demonstration vor der Royal Society of London eine weitere bemerkenswerte Entdeckung, als er einen Funken in Wasserstoffgas einführte und dabei Wasser erzeugte.

Diese historische Entwicklung führte zu seinem Schluss, dass Wasser (H2O) aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Seitdem ist die Wasserstofftechnologie sprunghaft gewachsen und wird heute als Energiequelle zum Antrieb von Autos, elektrischen Systemen und zur Herstellung von reinem Wasser verwendet.

Wasserstoff ist das einfachste und am häufigsten vorkommende Element im Universum. Es kommt nicht natürlich vor. Obwohl es so ziemlich überall existiert – in der Luft, im Weltraum, im Boden – ist es selten allein. Es ist erhältlich in Kombination mit anderen Elementen wie Wasser. Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff.

Dies bedeutet, dass es normalerweise mit einem anderen Element kombiniert wird, was es notwendig macht, es zu extrahieren und umzuwandeln, um es zu einer nutzbaren Energiequelle zu machen. Wasserstoff kommt auch in zahlreichen organischen Verbindungen vor, beispielsweise in Kohlenwasserstoffen, die zu Kraftstoffen wie Erdgas, Benzin, Propan und Methanol führen. Die größte Herausforderung bei der Nutzung von Wasserstoff besteht darin, ihn in seiner reinsten Form zu gewinnen.

Die Chemie von Wasserstoff ist sehr einfach – ein einzelnes Atom besteht nur aus einem Proton und einem Elektron. In gasförmiger Form kann es als Brennstoff verbrannt werden. Es kann in Energiezellen gespeichert werden, die explosive Energie erzeugen und Raketen und Raumschiffe antreiben. Es ist flüchtig und brennbar und sehr, sehr stark.

Wasserstoff kann kryogen (eingefroren) oder in Druckluftbehältern als Gas gespeichert werden. Es braucht viel Speicherplatz, um große Mengen an Wasserstoff unterzubringen. Dies liegt daran, dass die Moleküle weit voneinander entfernt sind und das Gas leicht ist, wodurch es sich sehr ausbreitet. Um beispielsweise die Menge an Wasserstoff in einem Zylinder zu enthalten, die Benzin enthält, entsteht ein ähnlich schwerer Behälter.

Wie wird Wasserstoffenergie in Strom umgewandelt?

Wasserstoffgas ist ein teurer und komplexer Brennstoff in der Herstellung, da es von dem Element, mit dem es verbunden ist, getrennt werden muss. Die Herstellung von Wasserstoffgas erfordert oft viel Energie, was es zu einer kostspieligen Energiequelle macht. Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Wasserstoff von seinen Begleitelementen zu trennen.

Bevor wir uns ansehen, wie Wasserstoff in Strom umgewandelt wird, wäre es von Vorteil zu wissen, wie Wasserstoff hergestellt wird. Wasserstoff wird mit zwei Hauptmethoden hergestellt; Dampfreformierung und Elektrolyse (allgemein als Wasserspaltung bezeichnet).

Dampfreformierung

Dieses Verfahren erzeugt Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffbrennstoffen wie Methan, Öl, erneuerbaren flüssigen Brennstoffen, vergaster Biomasse, vergaster Kohle und Erdgas. Bei diesem Wasserstofferzeugungsprozess wird eine als Reformer bezeichnete Verarbeitungsvorrichtung verwendet. Der Reformer reagiert Dampf mit den Kohlenwasserstoffbrennstoffen bei extrem hohen Temperaturen, um Wasserstoff zu erzeugen. Heute werden über 90 % des Wasserstoffgases mithilfe der Dampfreformierungstechnik hergestellt.

Elektrolyse

Die Elektrolyse ist eine Methode, bei der Gleichstrom (DC) verwendet wird, um eine chemische Reaktion auszulösen. Bei der Herstellung von Wasserstoff zersetzt die Elektrolyse Wasser und spaltet es durch elektrischen Strom in seine Hauptbestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der im Elektrolyseprozess verwendete Strom kann aus fossilen Brennstoffen wie Öl, Erdgas und Kohle oder Kohlenwasserstoffen gewonnen werden.

Umwandlung von Wasserstoff in Strom

Der effektivste Weg, Wasserstoff in Sauerstoff umzuwandeln, ist die Verwendung einer Brennstoffzelle. Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. Eine Brennstoffzelle ermöglicht die Vermischung von Wasserstoff und Sauerstoff in einer elektrochemischen Reaktion. Das Ergebnis ist die Produktion von Strom, Wasser und Wärme. Brennstoffzellen ahmen Batterien nach, da sie beide die durch die elektrochemische Reaktion erzeugte Energie in nützliche elektrische Energie umwandeln. Dennoch wird die Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugen, solange Brennstoff, hauptsächlich Wasserstoff, verfügbar ist.

Brennstoffzellen stellen eine potenzielle Technologie zur Nutzung als Strom- und Wärmequelle für Gebäude dar. Es ist auch eine vielversprechende Energiequelle für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Brennstoffzellen funktionieren am besten mit reinem Wasserstoff. Aber auch andere Brennstoffe wie Benzin, Methanol oder Erdgas können reformiert werden, um den benötigten Wasserstoff für Brennstoffzellen zu erzeugen.

Vorteile der Wasserstoffenergie

  1-Umweltfreundlich

Es ist schwer, eine Kraftstoffquelle zu finden, die dem Titel ungiftig entspricht. Wasserstoff ist eine ungiftige Form von Kraftstoff, da er keine schädlichen Gase an die Umwelt abgibt. Einige Brennstoffquellen wie Benzin, Kohle, Öl und Kernenergie sind giftig und kommen in Gebieten mit gefährlicher Umgebung vor. Tatsächlich entsteht bei der Verbrennung von Wasserstoff als einziges Nebenprodukt Wasserdampf, der nicht giftig ist. Da Wasserstoff freundlich zu Mutter Natur ist, kann er dort eingesetzt werden, wo andere Brennstoffformen nicht funktionieren.

  2-Es ist eine erneuerbare Energiequelle

Wasserstoff ist praktisch überall reichlich vorhanden und damit eine unerschöpfliche Energiequelle. Andere Brennstoffquellen wie Öl, Erdgas und Kohle gelten als nicht erneuerbar, was bedeutet, dass sie irgendwann erschöpft sein werden. Wasserstoff ist eine Energiequelle, die nach Bedarf erzeugt werden kann.

  3-Es ist leistungsstark und effizient

Die Methoden zur Herstellung von Wasserstoff ergeben eine leistungsstarke und effiziente Energiequelle. Die Kraft und Effizienz von Wasserstoff sind die Gründe, warum er in Raketen und Raumschiffen verwendet wird. Es wird auch in Raumschiffen bevorzugt, weil es keine Treibhausgase produziert. Laut Statistik ist Wasserstoff dreimal stärker als Benzin und andere fossile Brennstoffquellen, was bedeutet, dass er die Fähigkeit hat, mit weniger mehr zu erreichen.

  4- Hat eine wichtige Anwendung in der Öl- und Gasindustrie

Wasserstoff wird eingesetzt, um Rohöl zu raffinierten Kraftstoffen wie Diesel und Benzin zu verarbeiten. Wasserstoff wird auch verwendet, um Verunreinigungen wie Schwefel aus diesen Kraftstoffen zu entfernen. Auch andere Branchen nutzen Wasserstoff als Brennstoff, beispielsweise die chemische Produktion, die Lebensmittelverarbeitung, die Metallveredelung und die Elektronikfertigung.

Nachteile von Wasserstoffenergie

  1- Es ist entmutigend zu lagern

Die Wasserstoffenergie wurde noch nicht vollständig erforscht, daher wurden die Speicher- und Unterstützungsinfrastruktur nicht stark entwickelt. Wasserstoffmoleküle sind winzig, was Wasserstoff anfälliger für Leckagen macht. Das bedeutet, dass es unter hohem Druck gelagert werden muss, um ihm eine ausreichende Energiedichte zu verleihen. In seiner natürlichen Form ist Wasserstoff flüchtig und leicht entzündlich, was seinen Transport erheblich erschwert.

  2- Es ist relativ teuer

Trotz der Tatsache, dass Wasserstoff leicht verfügbar ist, ist der Extraktionsprozess wie die Elektrolyse extrem teuer. Der Hauptgrund dafür ist, dass es entmutigend ist, seine Grundelemente wie Wasserstoff und Sauerstoff zu trennen. Auch wenn Wasserstoffbrennstoffzellen zunehmend in Hybridautos zum Einsatz kommen, sind sie nicht für jedermann erschwinglich. Wissenschaftler arbeiten daran, Technologien zu entdecken, die die Nutzung von Wasserstoff erheblich vereinfachen könnten, aber bis dahin wird der Preis weiterhin hoch bleiben.

  3- Verlässt sich immer noch auf fossile Brennstoffe

Tatsache ist, dass Wasserstoff ein nachwachsender Rohstoff ist und keine Auswirkungen auf die Umwelt hat. Die Abtrennung von Wasserstoffkomponenten während des Produktionsprozesses ist jedoch immer noch auf fossile Brennstoffe wie Öl, Kohle und Erdgas angewiesen. Fossile Brennstoffe tragen stark zur Emission von Treibhausgasen bei.

  4- Es ist flüchtig und leicht entzündlich

Die Flüchtigkeit und das leicht entzündliche Attribut von Wasserstoff erschweren den Transport zum Endverbraucher. Die einzigartige Eigenschaft, die es schwierig macht, es zu lagern, macht es auch schwierig, es zu transportieren. Wasserstoff wird hauptsächlich durch Pipelines oder in Tankern zum Markt transportiert. Tankwagen liefern Wasserstoff in verflüssigtem oder komprimiertem Zustand an den Markt. Dieser Vorgang führt zu Wasserstofflecks.

Obwohl Wasserstoff aufgrund seines hohen Preises und mangelnder Praktikabilität in Bezug auf die fehlende Infrastruktur zu seiner Unterstützung nicht weit verbreitet ist, gehen die Forscher davon aus, dass er Strom als Energieträger einholen wird. Denn es stammt aus erneuerbaren Energiequellen und ist nahezu umweltfreundlich. Seine emissionsfreie Eigenschaft macht es ideal als Flugzeugtreibstoff, zum Heizen von Häusern und als Kraftstoffquelle für emissionsfreie Fahrzeuge.

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