Idealismus mit Energie

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#1

hallo,

„In der argentinischen Provinz Santa Cruz mitten in Patagonien sollen auf einer Fläche von 90 km x 20 km 16 Gigawatt Windkraftkapazität bereitgestellt werden. Mit dem so erzeugten Strom wird Wasser per Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Anschließend soll der Wasserstoff verflüssigt und per Schiff in die Region und in die ganze Welt transportiert werden…“

http://www.handelsblatt.com/technologie/forschung/wa…

-wie stark würde das Energiepotential nach einer 20 tägigen Schiffreise in dem verflüssigten Wasserstoff sinken?
bzw. der Wirkungsgrad?

cu
Friedrich

#2

Hei!

-wie stark würde das Energiepotential nach einer 20 tägigen Schiffreise in dem verflüssigten Wasserstoff sinken? bzw. der Wirkungsgrad?

Solange der Behälter dicht ist - gar nicht.

Benzin wird ja auch nicht schlechter, nur weil es lange gelagert bzw. weit transportiert wird.

Das Problem ist halt nur, das Wasserstoff so klein ist, das es sogar durch Stahl hindurchdiffundiert. Die Frage ist also, aus welchem Material und welcher Wanddicke sollen die Tanks bestehen?

lg, mabuse

#3

Hei!

-wie stark würde das Energiepotential nach einer 20 tägigen Schiffreise in dem verflüssigten Wasserstoff sinken? bzw. der Wirkungsgrad?

Solange der Behälter dicht ist - gar nicht.

Diese Antwort ist zwar richtig, aber nicht hilfreich.

Das Problem ist halt nur, das Wasserstoff so klein ist, das es
sogar durch Stahl hindurchdiffundiert.

Nein, das Problem ist, dass man den Behälter nicht gut genug isolieren kann, um den Wasserstoff ohne Kühlung während der Überfahrt flüssig zu halten. Um die Wärme, die ständig in den Behälter fließt, wieder heraus zu bekommen, lässt man Wasserstoff durch ein Überdruckventil entweichen. Bei kleinen Behältern sind die dadurch entstehenden Verluste nicht zu vernachlässigen. Die Tanks von Wasserstoffautos sind beispielsweise schon nach einer Woche leer.

Je größer der Behälter wird, um so geringer werden allerdings die relativen Verluste, weil das Verhältnis von Oberfläche und Volumen kleiner wird. Wenn der Tanker obendrein selbst mit dem entweichenden Wasserstoff betrieben wird, dann könnten die Verluste sogar gegen Null gehen.

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#4

-wie stark würde das Energiepotential nach einer 20 tägigen
Schiffreise in dem verflüssigten Wasserstoff sinken?
bzw. der Wirkungsgrad?

Gegen die Verluste bei der Elektrolyse dürfte das zu vernachlässigen sein. Wenn man mit dem Wasserstoff statt dessen Alkohole oder Kohlenwasserstoffe herstellt, die dann obendrein in gewöhnlichen Tankern transportiert, über das bestehende Tankstellennetz vertrieben und in herkömmlichen Motoren verheizt werden können, dann würde das aus energetischer Sicht viel mehr Sinn machen.

#5

Hi Stupid!

Nein, das Problem ist, dass man den Behälter nicht gut genug
isolieren kann, um den Wasserstoff ohne Kühlung während der
Überfahrt flüssig zu halten.

Wieso muss man den Behälter dafür kühlen?

Der Vergleich mag ein wenig simpel sein, aber Camping-/Feuerzeuggas (Propan) ist auch gasförmig (Siedepunkt -42°C) - und lässt sich bei Raumtemperatur bequem in einer verschlosenen Dose ohne Kühlung über Monate und Jahre hinweg flüssig halten.

Wie ein Blick in das Zustandsdiagramm von Wasserstoff zeigt, liegt der kritische Punkt bei 33,2 K und 13 bar. Und Tanks, die mehr als 13 bar aushalten, sind nun wirklich kein Problem mehr . . .

Bei kleinen Behältern sind die dadurch entstehenden Verluste nicht zu vernachlässigen. Die Tanks von Wasserstoffautos sind beispielsweise schon nach einer Woche leer.

Sei mir nicht böse, aber das ist wirklich völliger Schwachfug.
Ich hab im Gasschrank in meinem Labor eine Gasbuddel Wasserstoff für die GC stehen, die hat frisch gefüllt an die 300 bar. Sie wird nicht gekühlt und bläst auch nicht ab, die kann ich locker (je nach Auftragslage) mehrere Monate benutzen.

Das Problem ist ganz klar:
„Ein sehr wichtiges Phänomen ist die außerordentlich hohe Diffusionsgeschwindigkeit in Eisen, Platin und einigen anderen Übergangsmetallen, da es dort dann zur Wasserstoffversprödung kommt. In Kombination mit einer hohen Löslichkeit treten bei einigen Werkstoffen extrem hohe Permeationsraten auf. Hieraus ergeben sich technische Nutzungen zur Wasserstoffanreicherung, aber auch technische Probleme beim Transportieren, Lagern und Verarbeiten von Wasserstoff und Wasserstoffgemischen, da nur Wasserstoff diese räumlichen Begrenzungen durchwandert (siehe Sicherheitshinweise).“

Q: http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoff#Physikalisc…

lg, mabuse

#6

Hallo,

Wieso muss man den Behälter dafür kühlen?

Man muß nicht, aber zumindest gut isoliert muß er sein.
Dann entweicht aber eben immer ein kleiner Teil und den muß man
raus lassen, sonst platzt der Tank.

Der Vergleich mag ein wenig simpel sein, aber
Camping-/Feuerzeuggas (Propan) ist auch gasförmig (Siedepunkt
-42°C) - und lässt sich bei Raumtemperatur bequem in einer
verschlosenen Dose ohne Kühlung über Monate und Jahre hinweg
flüssig halten.

Deswegen heißt das Zeugs auch Flüssiggas!
Was hat das mit H2 zu tun?

Wie ein Blick in das Zustandsdiagramm von Wasserstoff zeigt,
liegt der kritische Punkt bei 33,2 K und 13 bar. Und Tanks,
die mehr als 13 bar aushalten, sind nun wirklich kein Problem
mehr . . .

Das würde ich mal nicht so unterschreiben.
13Bar für einen Tank mit paar m³ sind techn. kein Problem.
Tanks mit einigen tehntausend m³ und 13Bar sind eine gewaltige
Herausforderung. Das Kahn wird dann wahrscheinlich auch ohne Ladung
nicht mehr schwimmfähig sein.
Permanent Kühlen müßte man dann tatsächlich, weil sonst die Verluste
zum Ausgasen führen. Was hat man da gewonnen?

Bei kleinen Behältern sind die dadurch entstehenden Verluste nicht zu ::vernachlässigen. Die Tanks von Wasserstoffautos sind beispielsweise schon ::nach einer Woche leer.

Sei mir nicht böse, aber das ist wirklich völliger Schwachfug.
Ich hab im Gasschrank in meinem Labor eine Gasbuddel
Wasserstoff für die GC stehen, die hat frisch gefüllt an die
300 bar. Sie wird nicht gekühlt und bläst auch nicht ab, die
kann ich locker (je nach Auftragslage) mehrere Monate benutzen.

Mag sein, aber das ist ein winzig kleines Volumen und hat dennoch
weit weniger Füllmenge, als eine gleich große Menge flüssiger H2.
Deshalb geht es eben um Tanks mit flüssigem H2 und nicht um
gewaltige Druckgasflaschen, deren Masse das hundertfache der
Füllmenge beträgt.

Das Problem ist ganz klar:
„Ein sehr wichtiges Phänomen ist die außerordentlich hohe
Diffusionsgeschwindigkeit in Eisen, Platin und einigen anderen
Übergangsmetallen, da es dort dann zur Wasserstoffversprödung kommt.
In Kombination mit einer hohen Löslichkeit treten bei
einigen Werkstoffen extrem hohe Permeationsraten auf. Hieraus
ergeben sich technische Nutzungen zur Wasserstoffanreicherung,
aber auch technische Probleme beim Transportieren, Lagern und
Verarbeiten von Wasserstoff und Wasserstoffgemischen, da nur
Wasserstoff diese räumlichen Begrenzungen durchwandert (siehe
Sicherheitshinweise).“

Ah ja, nur hier geht es eben nicht um Gastanks, sondern um
Flüssigwasserstoff!
Gruß Uwi

Q:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoff#Physikalisc…

#7

Nein, das Problem ist, dass man den Behälter nicht gut genug
isolieren kann, um den Wasserstoff ohne Kühlung während der
Überfahrt flüssig zu halten.

Wieso muss man den Behälter dafür kühlen?

Der Vergleich mag ein wenig simpel sein, aber
Camping-/Feuerzeuggas (Propan) ist auch gasförmig (Siedepunkt
-42°C) - und lässt sich bei Raumtemperatur bequem in einer
verschlosenen Dose ohne Kühlung über Monate und Jahre hinweg
flüssig halten.

Der Vergleich von Propan mit Wasserstoff ist nicht simpel, sondern absolut unpassend. Im Gegensatz zu Propan lässt sich Wasserstoff bei Raumtemperatur nämlich nicht verflüssigen. Da Du die kritischen Daten selbst genannt hast, solltest Du das eigentlich wissen.

Wie ein Blick in das Zustandsdiagramm von Wasserstoff zeigt,
liegt der kritische Punkt bei 33,2 K und 13 bar. Und Tanks,
die mehr als 13 bar aushalten, sind nun wirklich kein Problem
mehr . . .

Davon abgesehen, dass ein Druck von 13 bar bei so großen Tanks, wie sie auf Flüssiggastankern üblich sind, durchaus ein Problem darstellen würden, geht das am Thema vorbei. Das Problem liegt nämlich nicht beim Druck, sondern bei der Temperatur. Damit der Wasserstoff flüssig bleibt, muss er unter seine kritische Temperatur gekühlt werden. Tatsächlich kühlt man ihn sogar noch deutlich weiter ab, damit der Druck beherrschbar bleibt. Bei dem daraus resultierenden Temperaturgefälle von rund 250 K kann man Tank nicht vollständig thermisch isolieren. Wie man das Problem löst, habe ich ja schon beschrieben.

Bei kleinen Behältern sind die dadurch entstehenden Verluste nicht zu vernachlässigen. Die Tanks von Wasserstoffautos sind beispielsweise schon nach einer Woche leer.

Sei mir nicht böse, aber das ist wirklich völliger Schwachfug.
Ich hab im Gasschrank in meinem Labor eine Gasbuddel
Wasserstoff für die GC stehen, die hat frisch gefüllt an die
300 bar. Sie wird nicht gekühlt und bläst auch nicht ab, die
kann ich locker (je nach Auftragslage) mehrere Monate
benutzen.

Solange Du nicht einmal den Unterschied zwischen Druckgas und Flüssigas kennst, sollte Du Dich aus dieser Diskussion besser raushalten.

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#8

Hallo!

Gegen die Verluste bei der Elektrolyse dürfte das zu
vernachlässigen sein. Wenn man mit dem Wasserstoff statt
dessen Alkohole oder Kohlenwasserstoffe herstellt, die dann
obendrein in gewöhnlichen Tankern transportiert, über das
bestehende Tankstellennetz vertrieben und in herkömmlichen
Motoren verheizt werden können, dann würde das aus
energetischer Sicht viel mehr Sinn machen.

Wirklich? Irgendwo musst Du dafür ja den Kohlenstoff hernehmen, und da fallen mir nur zwei Quellen ein: 1) Kohle 2) nachwachsende Rohstoffe.

Zu 1) Die CO2-Bilanz wird dadurch nicht wesentlich verbessert, weil trotzdem fossile Brennstoffe verbrannt werden. Der Heizwert von Ethanol ist etwa gleich wie der von Steinkohle. Der C-Gehalt beträgt bei Kohle ca. 80%, bei Ethanol 52%. Okay, das wäre eine CO2-Einsparung von 35%. Aber würde das tatsächlich den Aufwand rechtfertigen (wenn man es mit 100% CO2-Einsparung bei direkter H2-Verbrennung vergleicht). Kohlenwasserstoffe hätten zwar einen höheren Heizwert, aber dafür eine noch deutlich schlechtere CO2-Bilanz (C-Gehalt in Oktan: 84%).

Zu 2) Wofür bräuchte man da die Windkraft bzw. den Wasserstoff?

Michael

PS: Eine alte Bäuerin von der Schwäbischen Alb wurde mal in einer Umfrage gefragt, was sie von der Installation der Windkraftanlagen in der Nähe ihres Hauses halte. Sie antwortete: „Mich stört es ja nicht, aber was das an Strom kostet … !?!“

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#9

Solange Du nicht einmal den Unterschied zwischen Druckgas und Flüssigas kennst, sollte Du Dich aus dieser Diskussion besser raushalten.

Das sagt mir jemand, der in Thermodynamik offensichtlich geschlafen hat?

Jenseits des kritischen Punktes (>13 bar) gibt es keinen Unterschied mehr zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Darum nennt man ihn ja kritischen Punkt, weil da die Phasengrenzlinie endet.

Aber wenn ihr meint, halt ich mich halt raus . . .

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#10

Hallo Uwi,

Mag sein, aber das ist ein winzig kleines Volumen und hat dennoch weit weniger Füllmenge, als eine gleich große Menge flüssiger H2.
Deshalb geht es eben um Tanks mit flüssigem H2 und nicht um gewaltige Druckgasflaschen, deren Masse das hundertfache der Füllmenge beträgt.

Auch für dich:
Der kritische Punkt (>13 bar im Falle von Wasserstoff) ist der Punkt, jenseits dessen es zwischen flüssiger und gasförmiger Phase keinen Unterschied mehr gibt.

Wenn ihr das Zeug unbedingt flüssig (also, im eigentlichen Sinne des Wortes) transportieren wollt, dann müsst ihr unterhalb dieser 13 bar bleiben (und dann zugegebenermaßen natürlich extrem gut isolieren und ggf. kühlen, weils dann ja verdampfen kann - weils überhaupt eine gasförmige Phase gibt). Allerdings frage ich mich dann doch ernsthaft, ob der Unterschied wirklich so groß ist, das es den technischen Aufwand lohnt.
Hat irgendjemand hier eine Tabelle mit der Dichte von Wasserstoff bei verschiedenen Temperaturen/Drücken greifbar?

13Bar für einen Tank mit paar m³ sind techn. kein Problem.
Tanks mit einigen tehntausend m³ und 13Bar sind eine gewaltige Herausforderung. Das Kahn wird dann wahrscheinlich auch ohne Ladung nicht mehr schwimmfähig sein.

Das ist unlogisch.
Bei einer gegebenen Geometrie (nehmen wir mal als Idealfall die Kugel) benötige ich bei einem bestimmten Material eine gewisse Wandstärke, um einem definierten Druck standzuhalten. Unabhänigig von der Größe des Behälters (oder hat sich das seit meiner Schulzeit geändert?).

Wenn ich den Behälter vergrößere, dann erhöhe ich den Inhalt weit mehr als die Oberfläche (und damit, multipliziert mit Dicke und Dichte das Gewicht des Behälters). Rein mathematisch dürfte ein großer deutlich effizienter sein als mehrere kleine.

lg, mabuse

#11

Moin,

Hat irgendjemand hier eine Tabelle mit der Dichte von
Wasserstoff bei verschiedenen Temperaturen/Drücken greifbar?

Kritische Dichte: 0,03012 kg/l
Dichte der siedenden Flüssigkeit: 0,0708 kg/l, also immerhin mehr als das Doppelte.

Das ist unlogisch.
Bei einer gegebenen Geometrie (nehmen wir mal als Idealfall
die Kugel) benötige ich bei einem bestimmten Material eine
gewisse Wandstärke, um einem definierten Druck standzuhalten.
Unabhänigig von der Größe des Behälters (oder hat sich das
seit meiner Schulzeit geändert?).

Ne, das war scjhon zu deiner Schulzeit falsch. Kesselformel:

s = p*d/(2σ),

also steigt die nötige Wanddicke mit dem Durchmesser bei gleichem Druck.

Fruß

Kubi

#12

Hei!

Wirklich? Irgendwo musst Du dafür ja den Kohlenstoff
hernehmen, und da fallen mir nur zwei Quellen ein: 1) Kohle 2)
nachwachsende Rohstoffe.

Mir fällt aber noch ein dritter ein: Luft.

CO2 zu isolieren ist keine Sache. Mit CO und H2 Methanol zu synthetisieren ist normale Großtechnische Anwendung.
Man müsste sich nur was ausdenken, wie man einfach und in großtechnischem Maßstab aus CO2 CO macht.

Das wäre dann völlig CO2-Neutral und wir hätten alle Transport und Distributions-Probleme auf einen Schlag abgehakt - Plastikflasche reicht.
Und darüber hinaus hätten wir sogar gleich das Potential für erhebliche künfitge Effiezienz-Steigerungen, da Methanol-Brennstoffzellen ja am (Temporal-)Horizont bereit erkennbar sind.

In der Beziehung stimme ich mit DocStupid zu 100% überein, das wär die absolute Königslösung.

lg, mabuse

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#13

Moin,

Hat irgendjemand hier eine Tabelle mit der Dichte von
Wasserstoff bei verschiedenen Temperaturen/Drücken greifbar?

Kritische Dichte: 0,03012 kg/l
Dichte der siedenden Flüssigkeit: 0,0708 kg/l, also immerhin
mehr als das Doppelte.

Das ging ja schnell :wink:

Okay, immerhin das Doppelte.
Und jetzt die Dichte in einer Gasbuddel bei 300 bar?

Wie auch immer, ab hier ist es einfach nur noch Betriebswirtschaft:
Transport mit 0,03 kg/l (oder mehr?) in einfachen Gasflaschen oder Transport mit der Doppelten Dichte in Flüssigbehältern, bei denen dann aber Isolierung und (energieintensive) Kühlung mitgeschleppt werden muss und Sicherheitsmaßnahmen, wenn unterwegs mal die Kühlung ausfällt und unter Berücksichtigung der Tansportverluste . . .

So aus’m Bauch raus würd ich das auf eine Nullsumme taxieren - und dann tendiere ich grundsätzlich zu technisch einfacheren Lösung.

Es geht nicht immer nur um die technische Machbarkeit, die Wirtschaftlichkeit fällt leider viel zu oft hintenrunter.

Ne, das war scjhon zu deiner Schulzeit falsch. Kesselformel:
s = p*d/(2σ),
also steigt die nötige Wanddicke mit dem Durchmesser bei gleichem Druck.

Sorry, dann hab ich da wohl was falsch verstanden oder behalten.

Fruß

Interessante Wortschöpfung :smiley:

lg, mabuse

#14

Das ging ja schnell :wink:

Manchmal klappt’s :smile:

Okay, immerhin das Doppelte.
Und jetzt die Dichte in einer Gasbuddel bei 300 bar?

0,02084 kg/l, also noch weniger.

Transport mit 0,03 kg/l (oder mehr?) in einfachen Gasflaschen
oder Transport mit der Doppelten Dichte in Flüssigbehältern,
bei denen dann aber Isolierung und (energieintensive) Kühlung
mitgeschleppt werden muss

Kühlung brauchst du nicht, wenn die Isolieruung gut ist. Alternativ kannst du einen Flüssigstickstoff-Mantel darum legen, dann brauchst du nicht ganz so viel Isolierung.

und Sicherheitsmaßnahmen, wenn
unterwegs mal die Kühlung ausfällt

Das ist nur ein Sicherheitsventil, technisch nicht sonderlich aufwendig. Und das brauchst du für den Drucktank genauso.

Gruß

Kubi

#15

Solange Du nicht einmal den Unterschied zwischen Druckgas und Flüssigas kennst, sollte Du Dich aus dieser Diskussion besser raushalten.

Das sagt mir jemand, der in Thermodynamik offensichtlich
geschlafen hat?

Das sagt mir jemand, der nicht einmal weiß, worum es in dieser Diskussion geht? Informiere Dich doch bitte erstmal über flüssigen Wasserstoff.

#16

Hallo!

Gegen die Verluste bei der Elektrolyse dürfte das zu
vernachlässigen sein. Wenn man mit dem Wasserstoff statt
dessen Alkohole oder Kohlenwasserstoffe herstellt, die dann
obendrein in gewöhnlichen Tankern transportiert, über das
bestehende Tankstellennetz vertrieben und in herkömmlichen
Motoren verheizt werden können, dann würde das aus
energetischer Sicht viel mehr Sinn machen.

Wirklich? Irgendwo musst Du dafür ja den Kohlenstoff
hernehmen, und da fallen mir nur zwei Quellen ein: 1) Kohle 2)
nachwachsende Rohstoffe.

mabuse hat bereits eine dritte Quelle genannt. Die ist allerdings uninteressant, solange große Mengen CO2 bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern frei werden.

Zu 1) Die CO2-Bilanz wird dadurch nicht wesentlich verbessert,
weil trotzdem fossile Brennstoffe verbrannt werden.

Darum geht es auch gar nicht. Die Umsetzung des Wasserstoffs mit Kohlendioxid zu Alkoholen oder Kohlenwasserstoffen hat rein praktischen Nutzen. Letztere sind nämlich viel einfacher handhabbar. Dass die CO2-Bilanz dadurch nicht verbessert wird ist trivial und muss nicht extra erwähnt werden.

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#17

Hei!

Wirklich? Irgendwo musst Du dafür ja den Kohlenstoff
hernehmen, und da fallen mir nur zwei Quellen ein: 1) Kohle 2)
nachwachsende Rohstoffe.

Mir fällt aber noch ein dritter ein: Luft.

CO2 zu isolieren ist keine Sache. Mit CO und
H2 Methanol zu synthetisieren ist normale
Großtechnische Anwendung.
Man müsste sich nur was ausdenken, wie man einfach und in
großtechnischem Maßstab aus CO2 CO macht.

Warum so umständlich?

http://www.newscientist.com/article/dn2620-carbon-di…

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01228a032

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#18

Wie auch immer, ab hier ist es einfach nur noch
Betriebswirtschaft:

Nein, es ist noch viel einfacher. Wenn Du wissen willst, warum Gastanker kein Druckgas, sondern Flüssiggas transportieren, musst Du Deine Druckgasflasche nur mal kurz ins Wasser werfen. Allerdings glaube ich, dass Du nach kurzem Nachdenken auch ohne dieses Experiment verstehen wirst, warum hier nur eine Möglichkeit in Frage kommt.

#19

hallo,
-wie stark würde das Energiepotential nach einer 20 tägigen
Schiffreise in dem verflüssigten Wasserstoff sinken?
bzw. der Wirkungsgrad?

Hallo Friedrich

Ich gebe aber zu bedenken,
ein Schiff für den Transport von flüssigem Wasserstoff, müsste aber meiner Meinung nach irgend wie speziell dafür gebaut sein

Ein m³ flüssiger Wasserstoff wiegt ja nur ca 70 kg. vergleichbar mit Styropor oder PU-Schaum, und das würde einen normalen Flüssigkeitstanker etwas unstabil bei hohem Seegang machen,
der liegt ja dann praktich nur auf dem Wasser.

Meine Meinung,
wer’s besser weiss soll dazu etwas sagen.
Wäre interessant.

Gruß

Franz Burbach

#20

Hallo

Ja, da hast Du sicherlich Recht.
Aber es werden ja auch leere Öl-Tanker über See gefahren.
„Stabilität“ würde da Kentern betreffen, ausfahrbare Ausleger wie beim Trimaran sollten schon gehen.
Der ganze Tanker ist auch etwas anderes, es muß stärker gekühlt werden, eventuell möchte man eine Superisolation oder auch eine höhere Druckfestigkeit.
Im Augenblich habe ich noch leichte Zweifel an der Story mit Patagonien.

MfG
Matthias