Power-Batterien sind eine entscheidende Komponente moderner Technologie, die Energie speichert und abgibt, was sie für Smartphones, Laptops und sogar Elektrofahrzeuge von entscheidender Bedeutung macht.
Leistungsbatterien haben in Bezug auf Leistung und Effizienz in jüngster Zeit Fortschritte gemacht. Einer dieser Fortschritte ist der Beginn von Wasserstoff-Brennstoffzelle Technologie, die aufgrund ihres Potenzials zur Bereitstellung nachhaltiger Energie immer beliebter wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen ist Wasserstoff ein alternativer Transportkraftstoff, der emissionsfrei und erneuerbar ist.
Diese Technologie ist relativ neuer als herkömmliche Elektrofahrzeuge, die in letzter Zeit an Bedeutung gewonnen haben. Seit 2015 haben nur drei Automobilhersteller wasserstoffbetriebene Autos verkauft, wobei der höchste Absatz bei knapp über 10,700 über zwei Generationen lag. Diese drei Automobilhersteller sind Hyundai, Honda und Toyota.
Insbesondere bekannte Medienunternehmen wie CNN haben über Wasserstoff berichtet. Zum Beispiel einer von ihnen Aktuelle Artikel enthüllte die Pläne zwischen RWE, einem der deutschen Stromerzeuger, und dem norwegischen staatlichen Energieunternehmen Equinox, in den nächsten Jahren wasserstoffbetriebene Kraftwerke in Deutschland zu bauen, einschließlich einer Pipeline für deren Transport.
Wiederum ein anderer Bericht deckt eine Erklärung des Luftfahrtunternehmens Airbus ab, das im Rahmen seiner Initiative, bis 2035 ein emissionsfreies Flugzeug auf den Markt zu bringen, öffentlich die Entwicklung eines wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenmotors angekündigt hat. All dies sind Bemühungen, das technologische Wachstum voranzutreiben.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie?
Welche Fahrzeuge können die Wasserstoffantriebstechnologie nutzen?
Wie sieht die Zukunft der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie aus?
Abschließende Gedanken
Was ist Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie?
Die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie nutzt einen elektrochemischen Prozess, der die chemische Energie von Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie umwandelt.
Dies wird durch die Verwendung eines Brennstoffzellenstapels erreicht, einer Reihe einzelner Brennstoffzellen, die kleine Strommengen erzeugen, die summiert werden, um die elektrische Energie zu steigern.
Das Prinzip der Stromerzeugung basiert auf der Redoxreaktion von Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoffgas wird an der Anode eingeleitet, während Sauerstoff durch die Kathodenseite der Brennstoffzelle eindringt. Beide Gase werden durch einen Elektrolyten getrennt, der positiv geladene Ionen durchlässt, ohne dass sich die Gase vermischen.
Als nächstes kommt Wasserstoff mit einem an der Anode angebrachten Katalysator in Kontakt und wird oxidiert, um Protonen (positiv geladene Wasserstoffionen) und Elektronen (negativ geladene Wasserstoffionen) zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyten zur Kathode, während die Elektronen, die den Elektrolyten nicht passieren können, gezwungen sind, sich im Kreislauf zur Kathode zu bewegen. Dieser Ionenfluss erzeugt einen elektrischen Strom.
An der Kathode findet eine Reduktion mit Sauerstoff statt, wobei die aufgenommenen Protonen und Elektronen zu Wasser reagieren. Bei der Gesamtreaktion wird durch den Fluss dieser Ionen elektrische Energie freigesetzt, die entweder zum Antrieb des Elektromotors, der das Auto antreibt, oder zum Aufladen eines kleinen Autos verwendet wird Litium-Ionen-Batterie Das spart Energie für den späteren Gebrauch.
Diese Batterie erfasst auch Strom aus dem reformatorischen Bremssystem des Fahrzeugs und speichert überschüssige Energie, die beim Fahren mit niedrigem Energieverbrauch vom Kraftstoffstapel freigesetzt wird.
Welche Fahrzeuge können die Wasserstoffantriebstechnologie nutzen?
Die Wasserstoff-Antriebstechnik wird derzeit vor allem in Bussen und Lkw eingesetzt. Der Einsatz ist jedoch sehr gering, da mehrere Faktoren, wie hohe Kosten und begrenzte Infrastruktur, die Verbreitung dieser Technologie behindern.
Dennoch haben wasserstoffbetriebene Fahrzeuge bestimmte Vorteile, die ihren Pendants mit Verbrennungsmotor nicht innewohnen. Erstens stoßen Busse, die mit Wasserstoff betrieben werden, keine schädlichen Schadstoffe oder Treibhausgase aus, wie dies bei herkömmlichen Fahrzeugen der Fall ist. Das liegt daran, dass der chemische Prozess der Zellen nur Wasserdampf und Wärme als Nebenprodukte freisetzt, was sie zu einer sauberen Alternative zu fossilen Brennstoffen macht.
Außerdem fahren wasserstoffbetriebene Busse reibungslos und leise ohne Vibrationen oder Lärm, was bei herkömmlichen Fahrzeugen üblich ist. Diese HFC-Batterien haben außerdem eine höhere Dichte, sodass sie länger halten und eine bessere Fahrzeugleistung bieten.
Zum Zeitpunkt dieser Veröffentlichung können typische Wasserstofffahrzeuge eine Reichweite von 300–400 Meilen vor dem Auftanken erreichen, wohingegen durchschnittliche Elektrofahrzeuge nur eine Reichweite von 250 Meilen haben. Darüber hinaus beträgt die Betankungszeit nur wenige Minuten und ist im Vergleich zu durchschnittlichen Elektrofahrzeugen, deren Aufladung mehrere Stunden dauern kann, deutlich kürzer.
Leider weist die Wasserstoffenergietechnologie einige Rückschläge auf. So nachhaltig Wasserstoffkraftstoff auch erscheint, die Herstellung und Speicherung des Wasserstoffs selbst ist teurer als bei herkömmlichem Diesel und Benzin. Obwohl Wasserstoff das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist, kommt er nie in reiner Form vor.
Aufgrund seiner atomaren Natur ist es immer mit anderen Elementen verbunden, die schwer zu trennen sind. Beispielsweise erfordert die Gewinnung von Wasserstoffenergie aus Erdgas (CH4) enorme Energie zum „Cracken“ und setzt CO2 als Nebenprodukt frei.
Folglich ist die Effizienz des industriellen Herstellungsprozesses relativ gering, was bedeutet, dass für die Herstellung und den Transport des Kraftstoffs mehr Energie benötigt wird, als er bereitstellt. Dies wirft die Frage auf, ob es tatsächlich nachhaltig ist.
Darüber hinaus gibt es nur sehr wenige Wasserstofftankstellen, was Autofahrer davon abhält, lange Fahrten anzutreten. Zum Beispiel Statistiken zeigen, dass die Zahl der Wasserstofftankstellen in Kalifornien lediglich 60 beträgt. Mittlerweile gibt es landesweit mehr als 100,000 gut ausgebaute Tankstellen für traditionelles Gas.
Die Kosten für Wasserstofftreibstoff sind ebenfalls hoch und liegen bei 10 bis 17 US-Dollar im Vergleich zu Tankstellen, die zwischen 5 und 8.50 US-Dollar pro Gallone kosten. Darüber hinaus bestehen Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Sinnhaftigkeit von Wasserstofftankstellen, da Wasserstoff bei unsachgemäßer Handhabung leicht entflammbar sein kann.
Wie sieht die Zukunft der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie aus?
Trotz seiner Mängel könnte die Nachfrage nach wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen in den nächsten Jahren steigen, da die Bedenken hinsichtlich Luftverschmutzung und Klimawandel weiter zunehmen. Dieser Anstieg ist auf den Nullemissionsstatus zurückzuführen, der den Übergang zu saubereren Transportmöglichkeiten ermöglicht.
Ebenso wird erwartet, dass technologische Fortschritte die Effizienz, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit von Wasserstoff-Brennstoffzellen verbessern und wasserstoffbetriebene Fahrzeuge für Verbraucher attraktiver und erschwinglicher machen.
Auch staatliche und private Unternehmen investieren in den Aufbau weiterer Infrastruktur, beispielsweise Tankstellen. Daher ist es wahrscheinlicher, dass Menschen in den Folgejahren wasserstoffbetriebene Fahrzeuge einführen.
Aber das ist nicht alles. Angesichts der weltweit drohenden Energiekrise verfolgen die Regierungen rasch zukunftssichere Strategien. Daher investieren sie in LNG- und neue Erdgasinfrastrukturen und machen so den Weg für die künftige Umsetzung sauberer Wasserstoffenergie frei.
Wenn alle aktuellen Projekte bis 2030 erfolgreich anlaufen, können CO16-arme Wasserstoffmengen bis zu 24–9 Mio. t jährlich ansteigen. Basierend auf diesen Vorhersagen wird grüner Wasserstoff aus Elektrolyseuren 14–7 Mio. t ausmachen, während blauer Wasserstoff 10–XNUMX Mio. t ausmachen wird.
Allerdings leidet der Wasserstoff-Energiesektor kontinuierlich unter inkonsistenten regulatorischen Rahmenbedingungen, Unsicherheiten über den zukünftigen Bedarf und einem Mangel an Ausrüstung für den Transport von Wasserstoff-Brennstoffzellen. Leider haben nur 4 % der neuen Projekte die endgültige Investitionsentscheidung erreicht oder sind in Arbeit.
Obwohl die jährliche Elektrolyseurkapazität im Jahr 2022 auf 8 Gigawatt ansteigt, könnte sie bis 60 jährlich 2030 Gigawatt erreichen, wenn alle neuen Projekte Fortschritte machen. Noch wichtiger ist, dass es bis 70 zu einem potenziellen Preisverfall von 2030 % kommen könnte, wenn die Produktionskapazitäten ausgeweitet werden – die Auswirkungen wären ähnlich wie die unerwarteten Preisrückgänge, die zum Wachstum der Solar- und Windenergie beigetragen haben.
Obwohl die Zukunft vielversprechend aussieht, muss man beachten, dass die Produktion von sauberem Wasserstoff nicht schnell genug voranschreitet, um bis 2050 die Netto-Null-Emissionen der IEA zu erreichen. Aus diesem Grund muss der Sektor dringend Maßnahmen ergreifen, um größere Anreize und Investitionen zu fördern, um Angebot und Nachfrage nach Premium zu steigern -Preis, kohlenstoffarme Wasserstoffenergie.
Abschließende Gedanken
Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge sind sicherlich vielversprechende Erfindungen. Obwohl diese Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, hat sie zweifellos das Potenzial, eine praktikable und nachhaltige Lösung für die Klimakrise zu schaffen.
Dieser Artikel lieferte Einblicke in dieses neue und inspirierende Gebiet, und trotz der zahlreichen Hürden kann die Transportbranche hinsichtlich der Auswirkungen dieser Technologie in naher Zukunft optimistisch sein.
