Wasserstoff, das einfachste und zugleich am häufigsten vorkommende Element im Universum, ist unglaublich vielseitig und wird seit Kurzem genutzt Wasserstoff-Brennstoffzellen über einen elektrochemischen Prozess, der Wasserstoff und Sauerstoff kombiniert, um Wasser und Gas zu erzeugen. Diese Zellen können möglicherweise einige der dringendsten Energieprobleme lösen. Während die Debatte über die Vor- und Nachteile von Wasserstoff-Brennstoffzellen weitergeht, ist es unbestritten, dass Wasserstoff eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen ist, die für viele Industrieanlagen und Transportarten hochdichten Strom liefern kann.
Hier befassen wir uns damit, wie Wasserstoff-Brennstoffzellen die Zukunft der Energienutzung verändern werden und wie Unternehmen von dieser Entwicklung profitieren können.
Inhaltsverzeichnis
Weltmarkt für Wasserstoff-Brennstoffzellen
Fakten rund um wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen
Zusammenfassung
Weltmarkt für Wasserstoff-Brennstoffzellen
Der Weltmarkt für Wasserstoff-Brennstoffzellen hat sich gelohnt geschätzte 6.6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021, und Brennstoffzellenunternehmen arbeiten weiterhin daran, Wasserstoff-Brennstoffzellen leichter, kostengünstiger in der Herstellung und mit weniger Teilen zu machen.
Daher wird erwartet, dass der Markt bis 19.5 einen Wert von 2027 Milliarden US-Dollar haben und zwischen 21 und 2022 eine jährliche Wachstumsrate von 2027 % verzeichnen wird. Die Nachfrage nach sauberer Energie in bestimmten Regionen, insbesondere im asiatisch-pazifischen Raum, treibt das Wachstum des Wasserstoffs weiter voran Brennstoffzellenmarkt, wobei Japan die Expansion des Sektors mit einer Reihe von Anwendungen dominiert. Zu den weiteren Ländern, in denen künftiges Wachstum unvermeidlich zu sein scheint, gehören China, Deutschland und Korea.
Fakten rund um wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen
Hier sind die 10 Fakten dazu Wasserstoff-Brennstoffzellen die sie von anderen Kraftstoffspeichersystemen unterscheiden:
Brennstoffzellen sind eine saubere Energiequelle
Wasserstoff-Brennstoffzellen gelten als saubere Energiequelle mit geringer Umweltbelastung. Bei der Lagerung findet keine Verbrennung statt und die Nebenprodukte sind lediglich Wärme und Wasser. Darüber hinaus sind für die Wasserstoffproduktion im Gegensatz zu Wasserkraft oder Biokraftstoff keine ausgedehnten Landflächen erforderlich.
Die NASA arbeitet sogar daran, Wasserstoff als Ressource zu nutzen, wobei das als Nebenprodukt entstehende Wasser als Trinkwasser für die Astronauten verwendet wird. Diese Tatsache zeigt, wie Wasserstoff-Brennstoffzellen sind eine ungiftige Ressource und damit Kohle, Atomkraft oder Erdgas überlegen.
Wasserstoffzellen weisen eine geringe Geräusch- oder visuelle Belastung auf
Wie andere Energiequellen auch Wasserstoff-Brennstoffzellen keinen übermäßigen Lärm erzeugen. Selbst wasserstoffbetriebene Fahrzeuge machen weniger Lärm als solche mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren. Herkömmliche Fahrzeugmotoren beinhalten Explosionen und sich bewegende mechanische Teile, während der elektrochemische Prozess in Brennstoffzellen leise ist und nur minimale mechanische Geräusche erzeugt. Dies ist ein Grund dafür es wird geschätzt dass bis 20 rund 2030 % der Fahrzeuge weltweit mit Brennstoffzellen angetrieben werden.
Das einfache Design von Brennstoffzellen reduziert den Bedarf an komplexen mechanischen Komponenten, die zur visuellen Verschmutzung beitragen könnten. Das stromlinienförmige Design von Wasserstoffzellen verbessert ihre visuelle Kompatibilität über mehrere Anwendungen.
Brennstoffzellen sind vielseitig
Die Vielseitigkeit von Wasserstoff-Brennstoffzellen ist auch ein wichtiger Faktor für ihre zunehmende Akzeptanz. Ihre Anwendungen reichen vom Antrieb von Fahrzeugen und Gebäuden bis hin zu tragbaren elektronischen Geräten und alternativen Energiestrukturen.
Wasserstoff-Brennstoffzellen werden auch für die Schifffahrts- und Luft- und Raumfahrtindustrie erforscht. Diese Tendenz zu wasserstoffbasierten Antrieben zielt darauf ab, Emissionen zu reduzieren und minimale Auswirkungen auf die Umwelt zu haben.
Wasserstoffbetriebene Zellen haben schnelle Ladezeiten
Bleibe auf dem Laufenden! Designs von Wasserstoff-Brennstoffzellen haben deutlich verkürzte Ladezeiten. Dies wurde durch die Verwendung einer halbzylindrischen Spule als interner Wärmetauscher erreicht, wodurch die Festwasserstoff-Brennstoffzelle schneller abgekühlt wird, was wiederum dazu beiträgt, dass sie schneller aufgeladen wird.
Durch diese Methode konnte die Wasserstoffladezeit im Vergleich zur Verwendung eines herkömmlichen Wendelwärmetauschers um 59 % verkürzt werden.
Brennstoffzellen bieten eine lange Nutzungsdauer
Die genaue Lebensdauer eines Brennstoffzelle ist auf seine Nutzung angewiesen, da Batterien je nach Anwendung unterschiedlich schnell entladen werden. Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge können beispielsweise durchschnittlich 312 bis 380 Meilen zurücklegen, bevor sie wieder auftanken. Die Brennstoffstapel in den Zellen sind für eine lebenslange Nutzung von etwa 150,000 bis 200,000 Meilen ausgelegt. Am Ende der Lebensdauer können Brennstoffzellen zerlegt und die Komponenten recycelt werden.
Diese Dauer ist länger als die, die Elektrofahrzeuge (EVs) bieten. Die Außentemperatur hat keinen Einfluss auf die Effizienz einer Brennstoffzelle. Es verschlechtert sich bei kaltem Wetter nicht, wie es bei der Verwendung in Elektrofahrzeugen der Fall ist. Dieser Vorteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen wird in Kombination mit ihren schnellen Ladezeiten noch verstärkt.
Wasserstoff-Kraftzellen sind leistungsstärker
Brennstoffzellen sind eine Energiequelle mit hoher Dichte und hervorragender Energieeffizienz. Im Allgemeinen hat Wasserstoff gemessen am Gewicht den höchsten Energiegehalt aller gängigen Kraftstoffe. Flüssiger Wasserstoff und Hochdruckgase haben die dreifache gravimetrische Energiedichte von LNG und Diesel und eine volumetrische Energie, die der von Erdgas ähnelt.
Kraftstoffeffizienz ermöglicht die Produktion von mehr Energie pro Pfund Kraftstoff. Beispielsweise erzeugt ein herkömmliches Verbrennungskraftwerk Strom mit einem Wirkungsgrad von 33–35 % im Gegensatz zu 65 % anderer Brennstoffzellen. Das gleiche passiert mit Fahrzeugen, wo Wasserstoff-Brennstoffzellen Nutzen Sie 40–60 % der Energie und bieten Sie gleichzeitig eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um 50 %.
Die Wasserstoffzellentechnologie ist ideal für ländliche Gemeinden
In vielen Ländern liegen Energieanlagen weit entfernt von Stadtzentren, und es sind Verteilungsnetze erforderlich, um sicherzustellen, dass der Strom kontinuierlich an die Verbraucher geliefert wird. Ebenso sind konkrete Lösungen erforderlich, um ländliche Gemeinden mit Strom zu versorgen. Forscher haben herausgefunden, dass eine Ausweitung der Stromversorgung auf solche Gebiete wirtschaftlich und technisch nicht machbar ist.
Die Einfachheit und Wirksamkeit von Brennstoffzellen Machen Sie sie zu einer geeigneten Energiequelle für den ländlichen Raum. Ihre Funktion ist unabhängig von beweglichen Teilen und sie haben eine lange Lebensdauer, die bis zu 40,000 Stunden betragen kann. Außerdem können diese gestapelt werden, um unterschiedlichen Leistungsanforderungen gerecht zu werden.
Da Brennstoffzellen gleichzeitig Wärme und Strom erzeugen, können beide für unterschiedliche Zwecke genutzt werden. Beispielsweise kann Wärme entzogen und für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) genutzt werden. In Südafrika beispielsweise werden 13 % der Energie für die Raumheizung und 32 % für Warmwasser verwendet.
Brennstoffzellen können als Notstromversorgung dienen
Wasserstoff-Brennstoffzellen haben sich zu einer vielversprechenden Technologie für den Einsatz in Notstromanwendungen entwickelt. Unter Notstrom versteht man die Nutzung sekundärer Stromquellen zur Stromversorgung im Falle eines plötzlichen Stromausfalls. Dies ist für Infrastrukturen wie Rechenzentren, Krankenhäuser und Telekommunikationsnetzwerke von entscheidender Bedeutung. Wasserstoff-Energiezellen stellen eine zuverlässige Stromversorgung für eine solche Infrastruktur bereit, mit hoher Betriebszeit und geringem Wartungsaufwand. Viele Organisationen auf der ganzen Welt setzen Brennstoffzellen ein, um ihre Vorteile optimal zu nutzen.
Wasserstoffzellen sind tragbar
Tragbare Stromversorgung ist für Einzelpersonen und Organisationen, die in vielen Bereichen tätig sind, ein Muss, und eine starke Abhängigkeit von riesigen Stromnetzen kann zu Bewegungseinschränkungen führen. Glücklicherweise, Brennstoffzellen haben sich als Lösung für diese Bedürfnisse herausgestellt. Tragbare Kraftstoffsysteme wiegen weniger als 10 kg und liefern eine Leistung von weniger als 5 kW.
Kleinere Mikrobrennstoffzellen können zur Stromversorgung von Mobiltelefonen und Laptops verwendet werden und bieten im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien Vorteile hinsichtlich Gewichtsreduzierung und Energiedichte. Andererseits sind großformatige tragbare Stromversorgungen vielversprechend für geografisch entfernte Anwendungen wie Wetterstationen.
Brennstoffzellen können die Energie demokratisieren
Die übermäßige Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung erschöpft die Energiesysteme und belastet die Umwelt. Brennstoffzellen ermöglichen eine dezentrale Energieerzeugung, die Gemeinden und kleineren Einheiten hilft, mehr Strom zu erzeugen. Darüber hinaus kann eine geringere Abhängigkeit von zentralisierten Stromnetzen Einzelpersonen und lokalen Gemeinschaften mehr Kontrolle geben und dazu beitragen, das Risiko eines Preisanstiegs für fossile Brennstoffe in Zeiten knapper Vorräte zu verringern.
Die dezentrale Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen erhöht die Widerstandsfähigkeit bei Netzausfällen oder Naturkatastrophen, und die lokale Stromerzeugung bedeutet, dass kritische Einrichtungen und Dienste auch dann weiter funktionieren können, wenn das zentrale Netz unterbrochen ist.
Zusammenfassung
Die laufende Forschung konzentriert sich auf die Identifizierung und Entwicklung von Brennstoffzellentechnologien, um die Kosten zu senken und die Lebensdauer von Komponenten des Brennstoffzellenstapels wie Katalysatoren, Membranen, Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Baugruppen zu verlängern. Durch die hochvolumigen Herstellungsverfahren und niedrigen Kosten werden Brennstoffzellenstrukturen auch kostenmäßig konkurrenzfähig gegenüber herkömmlichen Technologien.
Diese Art verbesserter Brennstoffzellen trägt zunehmend dazu bei, Gemeinden und strombedürftige Industrien mit Strom zu versorgen. Wenn sich die Technologie verbessert, werden wir wahrscheinlich erleben, dass sie in noch mehr Bereichen der Gesellschaft genutzt wird.
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