Idealismus mit Energie

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#21

Hallo

Das ist der Link zum Thema Wasserstoff bei Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoff
Da steht unter anderem, die Elektrolyse von Wasser sei eine alte und effiziente Methode zur Herstellung von Wasserstoff.

Die Kühlung bis zur Transportfähigkeit dürfte einiges an Energie verschlingen.
Der Transport in sehr großen Gastankern sollte ohne große Verluste gehen, siehe auch die Möglichkeit des abgedampften Wasserstoffs als Antriebsenergie.
Der Wasserstoff kann in vielfältiger Form Verwendung finden, wurde meines Wissens jedoch noch nicht in flüssiger Form in Autos verwendet.
In Autos fanden meines Wissens bis jetzt nur Druckwasserstoff und Wasserstoff mit Bindung an Metallhydride Platz.
Bei großen Flugzeugen sollte Wasserstoff einen großen Vorteil bringen, weil Wasserstoff extrem leicht ist.(Wenns denn nicht explodiert :wink: )
Bei der Elektrolyse fällt schweres Wasser an, was den Preis für schweres Wasser, schweren Wasserstoff erheblich senken dürfte.

Ein Knackpunkt zur Wirtschaftlichkeit dürfte aber der Strompreis sein.
Elektrische Energie ist auch heute noch wesentlich teurer als thermische und sollte dann auch so verkauft werden .

Ein Grund für die Elektrolyse könnte ein Bedarf an flüssigem Wasserstoff sein, z.B. für Raketenstarts.
Oder man möchte mit dem Wasserstoff dezentral Energie erzeugen, ähnlich wie mit Dieselgeneratoren oder Bedarf an schwerem Wasserstoff usw.
Auch ist die Speicherung von Energie mit Wasserstoff möglich. Bei Strom kämen auch Natrium/Schwefel Zellen als billige Lösung für großindustrielle Speicherung in Frage.

MfG
Matthias

#22

Hallo Matthias

Ja, da hast Du sicherlich Recht.
Aber es werden ja auch leere Öl-Tanker über See gefahren.

Aber die nehmen dann Ballastwasser auf und können den Tanker so je nach Wetterlage also Seegang auf beste Stabilitätslage trimmen.

aber mach das mal, wenn ein Tanker, vergleichsweise nur mit einer Ladung Styropor beladen wäre.

Ein Öltanker fährt hin mit Öl, und zurück mit Ballastwasser.
Bei Wasserstoff wäre die Hinfahrt das Problem.

Vielleicht mache ich mir aber auch nur unnötige Gedanken,
und es gibt dafür eine einfache Lösung.
Möglicherweise kennt sich da ja einer aus und sagt bescheid.

Bei den Kontainerfrachtern sieht das ja auch immer so hoch aus wie wenn sie umkippen könnten und es passiert ja auch nichts.

Im Augenblich habe ich noch leichte Zweifel an der Story mit
Patagonien.

Ich auch, warten wir’s mal ab.

Die könnten genauso eine Pipline legen, die muß ja nicht so dick und aufwendig sein wie bei Ölpipelines.
Es gibt bei uns auch in Deutschland einige Wasserstoff pipelines.

Ich habe in Düsseldorf immer meinen Freiballon mit Wasserstoff gefüllt, der über ein Rohr von Marl-Hüls aus dem Ruhrgebiet kam.
über ganz normale Leitung (ich glaube das ist auch nur ein 100ter Rohr)

MfG

Franz Burbach

#23

Das ist der Link zum Thema Wasserstoff bei Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoff
Da steht unter anderem, die Elektrolyse von Wasser sei eine
alte und effiziente Methode zur Herstellung von Wasserstoff.

Die Methode ist in der Tat ineffizient, aber wenn man aber von Windenergie ausgeht, sehe ich keinen besseren Weg zum Wasserstoff.

Der Wasserstoff kann in vielfältiger Form Verwendung finden,
wurde meines Wissens jedoch noch nicht in flüssiger Form in
Autos verwendet.

http://www.7-forum.com/news/2006/hydrogen7/signal_fl…

Elektrische Energie ist auch heute noch wesentlich teurer als
thermische und sollte dann auch so verkauft werden.

Das setzt voraus, dass genügend Abnehmer vorhanden sind. Das ist hier offenbar nicht der Fall.

Auch ist die Speicherung von Energie mit Wasserstoff möglich.

Möglich ja, aber nicht empfehlenswert, da Wasserstoff nur bedingt transport- und lagerfähig ist.

#24

Warum so umständlich?
http://www.newscientist.com/article/dn2620-carbon-di…
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01228a032

Cool!

Geht doch!
Danke für die Links, war ausgesprochen informativ (und lässt für die Zukunft hoffen!)

lg, mabuse

#25

Kühlung brauchst du nicht, wenn die Isolieruung gut ist.

Wieso?
Ich mein, okay, aber da jede Isolation endlich ist, wird es Verluste geben. Die zu Verdunstung/Druckaufbau/Abblasen führen. Also zu Transportverlusten.

Wir werden das hier sicher nicht vernünftig durchrechnen können, aber wenn ich bedenke, was durch eine erstklassige, aber handelsübliche (200 mm WLG 24), dicke Isolierung eines Hauses immer noch durchgeht, und dann bedenke, das das Temperaturgefälle aus so einem Behälter zur Umgebung gut das 10-fache ist, und das mit einigen Wochen Transportdauer auf dem Seeweg multipliziere . . .

Wie groß kann man Dewargefäße bauen?

Ich glaub nicht, das man ohne aktive Kühlung auskommt. Nicht, wenn man Verluste im zweistelligen Prozentbereich zu akzeptieren bereit ist.

Alternativ kannst du einen Flüssigstickstoff-Mantel darum legen, dann brauchst du nicht ganz so viel Isolierung.

???
Damit verschiebst du das Problem doch nur eine Schale nach außen. Dann muss man den Stickstoffmantel kühlen/isolieren.

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.

Da hast du prinzipiell recht.
Wenn allerdings die Kühlung von einem . . . zigtausend Liter? flüssig, das sind gasförmig . . . naja, verdammt viel . . . ausfällt, und der anfängt, Wasserstoff in Mengen abzublasen - nunja, sagen wir einfach, ich möchte da nicht in der Nähe sein.
Beim (ungekühlten) Drucktank seh ich die Gefahr nicht in diesem Maße.

lg, mabuse

#26

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.

Nein.
Will sagen: ich bin jetzt auch nach längerem Nachdenken nicht hinter den Sinn deiner Wort egekommen. Erklär’s mir bitte.

#27

Hallo,
http://www.ika.rwth-aachen.de/r2h/index.php/Liquid_H… gibt 0,2%-0,6% pro Tag an. Das ist im Vergleich zum Energieaufwand der Verflüssigung eher wenig, und dazu kommt vermutlich (die Quellen habe ich jetzt nicht studiert) noch der Energieverbrauch des Schiffs selbst und der Umladeverlust.
Ohne Quellen zur Hand haben, meine ich, daß es auch beim Rohöltransport Verluste (z.B. durch Verdunstung leichtflüchtiger Bestandteile) gibt, wenn man es um die halbe Welt schippert.

Cu Rene

#28

Ich mein, okay, aber da jede Isolation endlich ist, wird es
Verluste geben. Die zu Verdunstung/Druckaufbau/Abblasen
führen. Also zu Transportverlusten.

Das ist klar, die hast du immer, wenn du tiefkalt verflüssigte Gase transportierst.

aber wenn ich bedenke, was durch eine erstklassige,
aber handelsübliche (200 mm WLG 24), dicke Isolierung eines
Hauses immer noch durchgeht,

Bei einem Flüssigwasserstofftank ist eher ein evakuierter Doppelmantel mit Perlitfüllung das Maß der Dinge…

Wie groß kann man Dewargefäße bauen?

Hängt davon ab, was du als Dewar durchgehen läßt. Der größte Flüssigwasserstofftank, den ich kenne, faßt 67 Tonnen.

Damit verschiebst du das Problem doch nur eine Schale nach
außen. Dann muss man den Stickstoffmantel kühlen/isolieren.

Isolieren sowieso. Der Unterschied ist, daß die Temperaturdifferenz gut 50 K geringer wird und daß Stickstoff deutlich billiger ist. Der verdampft dann statt des Wasserstoffs.

Wenn allerdings die Kühlung von einem . . . zigtausend Liter?
flüssig, das sind gasförmig . . . naja, verdammt viel . . .
ausfällt, und der anfängt, Wasserstoff in Mengen abzublasen -
nunja, sagen wir einfach, ich möchte da nicht in der Nähe
sein.

Wie gesagt, solche Tanks werden in der Regel nicht gekühlt, es sei denn durch den beschreibenen Stickstoffmantel. Und wenn ein großer Drucktank dicke Backen macht, möchte ich erst recht nicht in der Nähe sein.

Gruß

Kubi

#29

Sieh’ Dir mal dieses Bild an:

http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2009/09/14/article-12…

Und dann überleg’ mal, was mit dem Schiff passieren würde, wenn die weißen Murmeln keine Kryotanks, sondern 300 bar Druckbehälter wären. Na? Irgend eine Idee?

Nur für den Fall, dass Du immer noch im Dunkeln tappst:

Eine typische 300 bar Stahlflasche hat bei einem Außendurchmesser von 23 cm eine Wandstärke von rund einem Zentimeter. Der Anteil der Wand am Gesamtvolumen liegt damit zwischen 17 % (unendlich langer Zylinder) und 24 % (Kugel). Da Stahl eine Dichte von rund 7800 kg/m² hat, ergibt das für eine leere Stahlflasche eine mittlere Dichte von 1300 bis 1860 kg/m³. Würde es sich bei den Tanks auf dem Bild um solche Behälter handeln, dann würde das Schiff sinken wie ein Stein.

Da ein kugelförmiger Tank bei gleicher Wandstärke den doppelten Druck aushält, wie ein zylindrischer, käme man bei gleichem Druck mit der halben Wandstärke aus, was zu einer mittleren Dichte von 970 kg/m³ führt. Von so einem Tank würde dann tatsächlich noch ein kleines Stück aus dem Wasser ragen und selbst im gefüllten Zustand gerade noch in Salzwasser schwimmen. (Die Größe des Tanks spielt dabei übrigens keine Rolle.) Um ihn aber zu transportieren, muss man ihn auf ein Schiff laden und das muss dann deutlich mehr Wasser verdrängen als er selbst. Das Gesamtvolumen der Tanks muss also wesentlich kleiner als bei Flüssiggas werden, damit ein vergleichbar großes Schiff überhaupt schwimmt. Allein daran würde die Idee schon scheitern, aber es kommt noch schlimmer:

In einen Drucktank passt bei gleichem Volumen viel weniger hinein, als in einen Flüssiggastank. Bei Raumtemperatur kann man Wasserstoff in guter Näherung als ideales Gas betrachten. Als solches hat er bei 300 bar und 293 K eine Dichte von 25 kg/m². Das ist nur unwesentlich mehr als ein Drittel im Vergleich zu flüssigem Wasserstoff (71 kg/m³). Auch das würde allein schon ausreichen um diese Idee zu den Akten zu legen, aber auch das ist noch nicht alles:

Während die Hülle eines Kryotanks im Wesentlichen aus Kunstoff besteht, und deshalb nicht viel mehr wiegt, als sein Inhalt, entfallen bei Druckgas 97,8 % der Gesamtmasse allein auf den Tank. Man schleppt also eine ungeheure Menge Ballast mit sich herum.

Damit hat Druckgas gleich drei Nachteil gegenüber Flüssiggas, von denen schon jeder für sich allein seinen Einsatz beim Transport von Wasserstoff im großen Maßstab verhindern würde. Alle zusammen machen die Idee vollkommen absurd. Und dabei haben wir noch gar nicht über den Materialbedarf und die Kosten solcher Tanks geredet. Druckgas ist bei Wasserstoff nur dann gegenüber Flüssiggas im Vorteil, wenn es um kleine Mengen ünd Lagerungen über große Zeiträume geht. Das ist hier aber beides nicht der Fall.

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#30

Kühlung brauchst du nicht, wenn die Isolieruung gut ist.

Wieso?
Ich mein, okay, aber da jede Isolation endlich ist, wird es
Verluste geben. Die zu Verdunstung/Druckaufbau/Abblasen
führen. Also zu Transportverlusten.

Solange nicht mehr verdampft, als der Tanker selbst verbraucht, sind das keine Verluste. Dies sicherzustellen ist kein unlösbares Problem.

#31

http://www.ika.rwth-aachen.de/r2h/index.php/Liquid_H…
gibt 0,2%-0,6% pro Tag an. Das ist im Vergleich zum
Energieaufwand der Verflüssigung eher wenig, und dazu kommt
vermutlich (die Quellen habe ich jetzt nicht studiert) noch
der Energieverbrauch des Schiffs selbst

Da steht, dass 0,2%-0,6% pro Tag die Verdampfungsrate ist. Wenn das Schiff mit genau diesem Gas betrieben wird, dann kommt sein Verbrauch nur bei der Leerfahrt dazu. Beim Transport des Gases würde es „kostenlos“ mit dem fahren, was ansonsten ohnehin verloren wäre. Solange es die Maschinen hergeben, würde man sinnvollerweise so schnell fahren, wie es die verdampfende Gasmenge erlaubt.

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#32

Hallo,
ohne das jetzt rechen zu wollen, würde ich meinen, daß so ein Schiff deutlich mehr verbraucht. Daß man das (zum größten Teil - Wasserstoff ist nunmal leichtflüchtig und wird nicht nur dort rauskommen, wo man mit ihm rechnet) nutzen kann, wurde ja schon gesagt. Als Wasserstoff ist er trotzdem verloren.
Ich habe übrigens nochmal ein „altes“ Buch (1988) über Wasserstoff (Rudolf Weber, Wasserstoff - wie aus Ideen Chancen werden) rausgekramt. Da stehen ähnliche Zahlen drin, die werden also vermutlich vorwiegend physikalisch bedingt sein.
Damals wollte man den Strom aus kanadischen Wasserkraftwerken (100MW pro Jahr bis zum Jahr 2000 - soviel zu Zeitplänen) nach Europa transportieren.
Als ein wesentlicher Pluspunkt von Wasserstoff wurde da noch genannt, daß er selbst für die Umwelt unschädlich ist. Im Worst-Case kommt nur Wasser raus. Auch die Zündschwelle ist mit 19% wesentlich höher, als andere Gase, die schon weit verbreitet sind. Wenn es kracht, dann aber ordentlich :wink:

Cu Rene

#33

ohne das jetzt rechen zu wollen, würde ich meinen, daß so ein
Schiff deutlich mehr verbraucht.

Laut http://books.google.de/books?id=jQLuuqi-4OwC&pg=PA77… hat ein Gastanker einen spezifischen Treibstoffverbrauch von 4,5 g/t·km. Das bedeutet, dass er pro Kilometer 0,00045 % seiner Ladung verbraucht. Wenn also täglich 0,2%-0,6% verdampfen, dann reicht das für 400 km bis 1300 km. Das entspricht 10 bis 30 Knoten und damit genau dem Geschwindigkeitsbereich, in dem sich solche Schiffe bewegen.

Daß man das (zum größten Teil

  • Wasserstoff ist nunmal leichtflüchtig und wird nicht nur
    dort rauskommen, wo man mit ihm rechnet) nutzen kann, wurde ja
    schon gesagt.

Da die Diffusion bei flüssigem Wasserstoff vernachlässigbar ist, kann der Wasserstoff nur da raus, wo man ihn lässt.

Als Wasserstoff ist er trotzdem verloren.

Irgendwas muss man verheizen, um das Schiff zu bewegen. Wenn man das ein Verlust ist, dann geht letztendlich der gesamte Wasserstoff verloren. Irgendwann wird schließlich alles verbrannt.

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#34

Hallo,
hätte ich nicht gedacht. Braucht man nur noch einen effizienten Wasserstoffmotor in der Größenklasse.

hat ein Gastanker einen spezifischen Treibstoffverbrauch von
4,5 g/t·km.

Gramm von was? Bezogen auf die Masse ist Wasserstoff ja nicht mit Schweröl zu vergleichen, da würde man sogar noch besser liegen.

Irgendwann wird schließlich alles verbrannt.

Dazu ist Wasserstoff eigentlich viel zu vielseitig, um ihn nur einfach zu verbrennen. Auch, ohne das rechnen zu wollen, dürfte es Gesamtenergetisch sinnvoller sein ihn dort zu nutzen, wo er bereits jetzt gebraucht wird und direkt das zu verbrennen, woraus er bisher hergestellt wird.

Cu Rene

#35

dürfte es Gesamtenergetisch sinnvoller sein ihn dort zu
nutzen, wo er bereits jetzt gebraucht wird und direkt das zu
verbrennen, woraus er bisher hergestellt wird.

Ziel ist ja, dass man Wasserstoff aus Wasser mittels Elektrolyse herstellt. Und Wasser brennt nun mal nicht sonderlich gut :wink:

#36

Hallo,
Wasserstoff wird großtechnisch bisher durch Dampfreformierung aus Kohlenwasserstoffen und Wasser hergestellt oder durch partielle Oxidation von Erdgas. Diese Kohlenwasserstoffe oder das Erdgas könnte man statt dessen auch in einem Kraftwerk verbrennen. Das dabei auch entstehende CO muß man sich dann aber womöglich anders besorgen, wenn man es braucht.

Cu Rene

#37

hat ein Gastanker einen spezifischen Treibstoffverbrauch von
4,5 g/t·km.

Gramm von was?

Das steht leider nicht da. Der Text läßt aber vermuten, dass Diesel gemeint ist.

Bezogen auf die Masse ist Wasserstoff ja nicht
mit Schweröl zu vergleichen, da würde man sogar noch besser
liegen.

Davon ist auszugehen.

Irgendwann wird schließlich alles verbrannt.

Dazu ist Wasserstoff eigentlich viel zu vielseitig, um ihn nur
einfach zu verbrennen.

Das scheint in dem Projekt, um das es hier geht, aber geplant zu sein. Dass fossile Energieträger nicht nur in der Energiewirtschaft benötigt werden, sondern momentan auch die Grundlage der gesamten Chemieindustrie darstellen (und dort auch zu gwaltigen CO2-Emissionen führen), wird bei der Klimadiskussion sowieso immer ausgeklammert. Häufig sind die Scheuklappen sogar so groß, dass nur die Elektroenergie gesehen wird.

Auch, ohne das rechnen zu wollen,
dürfte es Gesamtenergetisch sinnvoller sein ihn dort zu
nutzen, wo er bereits jetzt gebraucht wird und direkt das zu
verbrennen, woraus er bisher hergestellt wird.

Energetisch schon, aber ökonomisch nicht. Warum sollte die chemische Industrie teuren Solarwasserstoff einsetzen, solange es viel billigere Alternativen gibt? Entsprechende Förderungen wie im Energiesektor gibt es in diesem Bereich meines Wissens nicht.

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#38

Eine typische 300 bar Stahlflasche hat bei einem Außendurchmesser von 23 cm eine Wandstärke von rund einem Zentimeter. Der Anteil der Wand am Gesamtvolumen liegt damit zwischen 17 % (unendlich langer Zylinder) und 24 % (Kugel).

Da ein kugelförmiger Tank bei gleicher Wandstärke den doppelten Druck aushält, wie ein zylindrischer, käme man bei gleichem Druck mit der halben Wandstärke aus, was zu einer mittleren Dichte von 970 kg/m³ führt.

Kann man das so ohne weiteres Hochrechnen?

Ich hab gerade mal aus Jux für einen 60 m-Kugeltank überschlagen (Ohne wirklichen Hintergrund - hab einfach mal den Durchmesser der Bälle auf deinem Tankerbild geschätzt) und komm dannach auf eine Wandstärke von 1,21 m (!!).

Erscheint mir ein bischen arg hoch, aber da ich 2σ nicht abschätzen kann, komm ich mit der Kesselformel auch nicht wirklich weiter . . .

#39

Eine typische 300 bar Stahlflasche hat bei einem Außendurchmesser von 23 cm eine Wandstärke von rund einem Zentimeter. Der Anteil der Wand am Gesamtvolumen liegt damit zwischen 17 % (unendlich langer Zylinder) und 24 % (Kugel).

Da ein kugelförmiger Tank bei gleicher Wandstärke den doppelten Druck aushält, wie ein zylindrischer, käme man bei gleichem Druck mit der halben Wandstärke aus, was zu einer mittleren Dichte von 970 kg/m³ führt.

Kann man das so ohne weiteres Hochrechnen?

Ja. Bei gleichem Druck skaliert die Wandstärke linear mit dem Radius des Behälters. Die Kesselformel wurde ja schon genannt. Bei kugelförmigen Tanks kann man aber auch die Formel für Innendurck und Oberflächenspannung von Seifenblasen verwenden (wenn man den Faktor 2 wegen der Doppelmembran weglässt). Da steigt Oberflächenspannung auch linear mit dem Radius an und wenn dabei die Spannung gleich bleiben soll, muss die Dicke der Hülle ebenfalls linear mitwachsen.

Ich hab gerade mal aus Jux für einen 60 m-Kugeltank
überschlagen (Ohne wirklichen Hintergrund - hab einfach mal
den Durchmesser der Bälle auf deinem Tankerbild geschätzt) und
komm dannach auf eine Wandstärke von 1,21 m (!!).

Die Größenordnung stimmt auf jeden Fall.

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#40

kleine Rechnung
Hllo,

Kann man das so ohne weiteres Hochrechnen?
Ich hab gerade mal aus Jux für einen 60 m-Kugeltank
überschlagen (Ohne wirklichen Hintergrund - hab einfach mal
den Durchmesser der Bälle auf deinem Tankerbild geschätzt) und
komm dannach auf eine Wandstärke von 1,21 m (!!).

Erscheint mir ein bischen arg hoch, aber da ich 2σ nicht
abschätzen kann, komm ich mit der Kesselformel auch nicht
wirklich weiter .

Um das mal etwas anschaulich zu machen folgende Rechnung:
Wenn man eine Kugel mit innen ca. 58m Durchmesser mittig
durch schneidet, hat man innen eine Schnittfläche von ca. 2640m²

Wenn man einen Druck von 300Bar (ca. 3000N/cm = 3Exp7N) nimmt,
würde die Kugelhalbflächen mit einer Kraft von ca. 8Exp10N
auseinander gedrückt. Das entspricht einer Gewichtskraft von ca.
8 Mio. Tonnen.

Bei ca. 1,2m Dicke hat die Kugelschale eine Querschnittsfläche
von ca. 59m x Pi x 1,2m = 222m² = 2,22Exp8 mm²

Pro 1mm² wirkt also eine Zugkraft von
ca. 8Exp10N / 2,22Exp8mm² = 360N (entspricht der Gewichtskraft
von ca. 35kg Masse).

Bei Verwendung von ST37 als Material wäre man mit der Zugfestigkeit
von 37kp/mm² dann schon hat an der Grenze.
Der üblichen Sicherheitsfaktor für Druckgefäße kann man da schon
voll vergessen. Da man das Teil nicht aus homogenem Material
herstellen kann, ergeben sich weitere Probleme, die nur unter
deutlicher Zugabe von Material lösen lassen.
Ca. 2…3m Wanddicke wäre also schon mind. angesagt.

Gruß Uwi

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