Die Fragestellung ist ganz grundlegend: Nehmen wir mal an, die
vollständige chemische Energie des Wasserstoff wird im
Sundiesel mit gespeichert (also 100%).
Das geht nicht. Die Reaktionsgleichung für eine modifizierte Fischer-Tropsch-Synthese mit Wasserstoff und Kohlendioxid anstelle von Synthesegas lautet
CO2 + 3 H2 → (-CH2-) + 2 H2O
und hat eine Reaktionsenthalpie von ΔRH=-130kJ/mol (je nach Kettenlänge der entstehenden Kohglenwasserstoffe auch etwas mehr oder weniger).
Die Reaktionsenthalpie der Wasserstoffverbrennung lautet
3 H2 + 1,5 O2 → 3 H2O
und hat eine Reaktionsenthalpie von ΔRH=-725kJ/mol.
Bei der Fischer-Tropsch-Synthese geht also rund 18% der im Wasserstoff steckenden Energie „verloren“ (Sie ist nicht wirklich verloren, weil die Prozeßwärme weiter verwendet werden kann). Der Wirkungsgrad dieses Schrittes beträgt also maximal 82%. Das kann man etwas verbessern, indem man anstelle von Kohlenwasserstoffen Methanol herstellt. Dann lautet die Reaktionsgleichung
CO2 + 3 H2 → H3COH + H2O
und die Reaktionsenthalpie beträgt nur noch ΔRH=-87kJ/mol, also 12% der Gesamtenergie. Der maximale Wirkungsgrad liegt hier bei 88%.
Dann kann bei der
anschließenden Verbrennung des Sundiesel nur ein Bruchteil
dieser chemischen Energie als mechanische Arbeit oder
elektrische Energie genutzt werden, nämlich beschrieben durch
den Carnotschen Wirkungsgrad:
http://de.wikipedia.org/wiki/Carnot-Prozess#Carnot-W…
Meinses Wissens liegt der Wirkungsgrad von Dieselmotoren momentan bei maximal 55%. Daraus folgt ein Gesamtwirkungsgrad von 45%.
Wasserstoff zu erzeugen, um damit Sundiesel herzustellen, ist
also die reinste Verschwendung.
Das kommt darauf an, was man mit der Energie vor hat.
Ein Pumpspeicherwerk erreicht
nach Wikipedia dagegen etwa 80%
Dafür sind die sehr sperrig und wenig transportabel.
Die chemische Energie des Wasserstoff kann nur dann
vollständig in elektrische umgewandelt werden, wenn man nicht
den Umweg über die Erzeugung von Wärme geht.
Auch dann nicht.
Das geht z.B. mit
einer Brennstoffzelle für Wasserstoff (gibt es, aber zu teuer
und uneffizient)
Die hat einen theoretisch maximalen Wirkungsgrad von 83%. Praktisch liegt man meines Wissens bei 70%. Da es bisher nicht gelungen ist Brennstoffzellenkraftwerke zu bauen, bleibt diese Technologie auf mobile Verbraucher begrenzt und muß dort mit Verbrennungsmotoren konkurrieren. Dabei leiden sie vor allem unter der schlechten Transport- und Lagerfähigkeit des Wasserstoffs.
Wird der Wasserstoff verflüssigt, dann geht dabei bereits ein Drittel der Energie verloren. Der Gesamtwirkungsgrad liegt in diesem Fall bei maximal 46%, was bereits bei einem 100%igem Wirkungsgrad des Elektromotors keinen Vorteil gegenüber einem Dieselmotor darstellt - bei gleichzeitigen erheblichen Nachteilen durch hohe Stäranfälligkeit und intensiven Wartungsaufwand. Durch die unvermeidlichen Verdunstungsverluste kann der Wirkungsgrad sogar auf Null Prozent sinken.
Wird der Wasserstoff zunächst zu Diesel oder Methanol umgesetzt, dann schlagen schon einmal die dieses Schrittes zu Buche. Dazu kommen dann noch die Verluste bei der Reformierung. Bei Diesel ergibt die Reformierung
(-CH2-) + ½ O2 → H2 + CO
zusammen mit der Synthese diese Gesamtreaktion
CO2 + 3 H2 + ½ O2 → 2 H2O + CO + H2
mit einer Reaktionsenthalpie von ΔRH=-289kJ/mol. Der Verlust liegt also bei 40%, was einem Wirkungsgrad von 60% entspricht. Zusammen mit dem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle ergibt das einen Gesamtwirkungsgrad von 42%. Das ist sogar schlechter als mit einem Dieselmotor.
Bei Methanol sieht das ganz genauso aus. Hier erfolgt die Reformierung gemäß
H3COH + ½ O2 → 2 H2 + CO2
was dieser Gesamtreaktion entspricht:
3 H2 + ½ O2 → 2 H2 + H2O
Die Reaktionsenthalpie liegt in diesem Fall bei ΔRH=-285kJ/mol, was 39% der Gesamtenergie und somit einem Wirkungsgrad von 61% entspricht. Daraus folgt mit dem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle ein Gesamtwirkungsgrad von 43%.
Dass Wasserstoffbrennstoffzellen uneffizient sind kann ich somit voll und ganz bestätigen. Und dass Brennstoffzellen, die Alkohole und Kohlenwasserstoffe direkt umsetzen können, noch im versuchsstadium stecken, hast Du ja schon geschrieben. Hier ist noch nicht abzusehen ob und wenn ja wann sie praxistauglich werden.
Dieser
Diesel wiederum würde dann für Kraftfahrzeuge verwendet. Für
Fahrzeuge gibt es noch keine geeigneten Akkus. Es ist aber die
gesamte Infrastuktur für die Verwendung dieses Diesels
anstelle von mineralischem Diesel vorhanden. Es kann also
sofort losgehen, ohne weitere Voraussetzungen schaffen zu
müssen.
Klar, ich finde auch, dass Biomasse zu Öl einige entscheidende
Vorteile hat. Es kann auch sinnvoll sein, Wasserstoff
reinzupusten, wenn man ihn sonst nicht lagern oder in
Brennstoffzellen verstromen kann. Extra Wasserstoff
herzustellen, um ihn reinzupusten, ist aber absolut unsinnig.
Nein, das ist überhaupt nicht unsinnig. Wenn man von fossilen Energieträgern weg will (und bei Erdöl und Erdgas müssen wir das sogar), dann gibt es dazu gar keine Alternative. Bei der Diskussion um fossile Energieträger ist sich kaum jemand bewußt, wie abhängig wir von ihnen sind. Sie sind keineswegs nur Energieträger, sondern auch ein unversichtbarer Rohstoff für die chemische Industrie. Ohne fossile Eneregieträger würde unsere Wirtschaft komplett zusammenbrechen. Wenn man das nicht beachtet, dann macht man sehr schnell den Fehler, die Substitution fossiler Energieträger auf die Elektroenergie zu reduzieren und mobile Verbraucher und die chemische Industrie zu vergessen.
