Referat Wasserstoff

_Wasserstoff

>> Ich glaube, dass Wasser eines Tages als Brennstoff verwendet wird, dass Wasserstoff und Sauerstoff, aus welchen es besteht, entweder zusammen oder getrennt verwendet, eine unerschöpfliche Quelle für W rme und Licht sein werden, uns zwar von einer weit gr eren St rke als Kohle es vermag. Die Kohlebunker der Schiffe sowie die Tender der Lokomotiven werden anstelle von Kohle diese beiden kondensierten Gase speichern, welche in den Schloten mit enormer W rmeentwicklung brennen werden. (. ) Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. << (Jules Verne, die geheimnisvolle Insel; 1 7 )

Wasserstoff ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses, ungiftiges Gas, welches in ungebundener Form kaum vorkommt. Interessant wurde Wasserstoff erstmals, als man seine extreme Leichtigkeit feststellte.

Wasserstoff ist etwa vierzehnmal leichter als Luft. Ideal für den Ballonflug.

Als Energieträger wurde er erst gegen Ende des 1 . Jahrh. bekannt, als Hauptbestandteil des sog. Wassergases, das entsteht, wenn man Wasserdampf auf gl hende Kohlen leitet. Das Zeitalter der Gaslaternen begann.

Aber Wasserstoff ist noch mehr.

Wasserstoff ist die Grundsubstanz dieser Welt.

ber 0 Prozent der kosmischen Materie besteht aus Wasserstoff. In den Sonnen unseres Universums wird er zu Helium verschmolzen und liefert so die Energie, die unser Leben ermöglicht. Die äu eren Planeten unseres Sonnensystems (Jupiter, Saturn , Uranus, Neptun) bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff.

Auf unserem Planten ist zwar nur jedes sechste Atom ein Wasserstoffatom, aber der Grundstoff unseres Leben,

Wasser, w re ohne es nicht denkbar.

Wasserstoff ist in der Lage mit fast jedem Element Verbindungen einzugehen.

Er ist jedoch in einem viel konkreteren Sinn Baustein der Welt, wie ein Blick auf die kosmologische Entwicklung zeigt. Da atomarer Wasserstoff nur aus einem Elektron besteht, da er ohne Elektron , also ionisiert sogar nur ein Proton ist, kann man ihn in der Tat als den Urbaustein ansehen, aus dem alle anderen Substanzen und Elemente zusammengekittet wurden.

Wasserstoff stellt das atomare Grundmuster der Materie dar. Der Satz 'Am Anfang war der Wasserstoff' hat seinen zeitlichen Sinn. Auch wenn die Theorie vom Urknall umstritten ist, steht trotzdem fest, dass zu Beginn 'der Zeit' eine unvorstellbare Konzentration von Energie, aus dem sich erst allm hlich durch Abkühlung usw. die Bestandteile des Weltalls entwickelten.

Nach kurzer Zeit, entstanden erste Anzeichen von Materie (schwerer Wasserstoff und Helium). Nach ca.

0 0 00 Jahren entstand dann das erste (komplette) Atom: leichter Wasserstoff. Wasserstoff kommt in drei Formen Isotopen) vor:

als leichter, schwerer und als superschwerer Wasserstoff Protium, Deuterium und Tritium). Alle besitzen ein

Proton, sie haben jedoch verschiedene Neutronenzahlen.

Wie schon erwähnt, kommt atomare Wasserstoff bei uns kaum vor. Er verbindet sich sehr schnell zu molekularem Wasserstoff und ist nun um einiges reaktionsunlustiger.

Wie bei den meisten konservativen Energieträgern' (Benzin, Kohle ) ist nun eine Aktivierungsenergie notwendig.

Erzeugung von Wasserstoff:

hier unterteilt man in verschiedene mehr oder weniger wirksame Verfahren:

mit Hilfe fossiler Energietr ger:

Bei diesem Verfahren wird ein Gemisch aus Wasserdampf und Sauerstoff ber z B. Kohle geleitet.

Bei Temperaturen von 4 0°C und mehr versucht man nun, den Kohlenstoff f r den Sauerstoff im Wasser 'attraktiver' zu machen. Dabei entsteht ein Gasgemisch aus Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan, Wasserstoff, Stickstoff, Teeren und Schwefelverbindungen. Das entstehen von CO ist bedenklich, denn jeder kennt dessen Rolle beim Treibhauseffekt.

Einfacher ist die Herstellung von Wasserstoff mit Erdgas. Hier wir ein Wirkungsgrad von ber 0 Prozent erreicht, jedoch ist die Entstehung von Schwefeldioxyd gefährlich.

Thermische Spaltung (Thermolyse :

Hier ist gemeint, dass Wasser so stark erhitzt wird, dass die Bindungen zwischen Sauerstoff und Wasserstoff aufbrechen. Problematisch ist, dass daf r Temperaturen von 4 0 °C notwendig sind. ( Mit Katalysator auch noch 8 0° bis 0 0°C)

Wasserzersetzung durch Sonnenlicht Photolyse)

a photobiologische Methode:

Pflanzen 'produzieren' bei der Photosynthese Kohlenhydrate (Kohlenwasserstoffe) in denen

Wasserstoff enthalten ist.

Ziel ist es nun, den Wasserstoff direkt, ohne den Umweg über den Kohlenstoff zu gewinnen. Möglich gemacht wir dies durch den Einsatz spezieller Algen. Unter bestimmten Bedingungen produzieren z B. Blaualgen den Wasserstoff direkt. Der Wirkungsgrad solcher Verfahren liegt jedoch erst bei ungef hr 1 Prozent.

b) photochemische Methode:

hier geht es darum Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht zu zerlegen. Wirkungsgrad ungef hr 1 Prozent.

c photoelektrochemische Methode:

gemeint ist die photovoltaische Stromerzeugung (Solarzellen) mit anschlie ender Elektrolyse des

Wasser. Theoretischer Wirkungsgrad 24 Prozent; praktisch 1 Prozent.

Diese 3 Verfahren stehen noch relativ in den Kinderschuhen. Es ist schwer zu sagen, was sie in der Zukunft noch an Erfolgen bringen können.

Wasserelektrolyse:

a photovoltaisch versorgte Elektrolyse:

bedeutet die Kombination von Fotozelle mit Elektrolysezelle (siehe Punkt 3c) .

b) solarthermisch versorgte Elektrolyse:

Sonnenernergie erhitzt Wasser - Dampf treibt Turbine an. Turbine erzeugt Strom - Strom sorgt für

Elektrolyse des Wasser so einfach ist das .

c andere Verfahren:

natürlich l sst sich auch mit vielen anderen Verfahren Strom auf 'natürlichem ' Wege erzeugen. ( man denke an Windkraft, Wasserkraft, Gezeitenkraft, Erw rme usw )

_{Transport und Speicherung:}

Speicherung und Transport von Energie ist ein Problem:

Strom beispielsweise, der oft schon bei der Erzeugung nur einen relativ niedrigen Wirkungsgrad erreicht, verliert dar ber hinaus bei Transport und Speicherung wieder eine Menge seiner Energie. Auch die bekannte Batterie,

als chemischer Stromspeicher, ist nicht sehr effektiv.

Beim Transport von Strom geht Energie durch den Widerstand der Leitung verloren. Je höher die Spannung, desto niedriger der Verlust, daher baut man Hochstrommasten, doch auch die sind teuer.

Ein weiteres Argument für die Wasserstoffwirtschaft: Der Verbraucher benötigt nur 0 Prozent Energie in

verstromter Form.

Wasserstoff lässt sich fast so leicht speichern, wie Erdgas und Erd l und ebenso billig durch Pipelines pumpen. Nur: Wasserstoff ist bei normalem Druck und normaler Temperatur ein Gas, das dünnste und leichteste berhaupt und deshalb von sehr geringer Energiedichte.

Wasserstoff verfl ssigt sich bei - 5 °C (etwa 0 mal dichter als gasförmiger Wasserstoff) und gefriert bei

- C Dichte noch einmal 0 Prozent gr er.)

Beim Transport von Wasserstoff als Gas versucht man die niedrige Energiedichte (Heizwert) durch

Druckerhöhung auszugleichen.

Die Speicherung l sst sich relativ einfach wie bei Erdgas in unterirdischen Kavernen oder leergef rderten Erd l- und Erdgasfeldern ( im gro en Ma stab) und in einfachen Druckflaschen im kleinen Ma stab) durchführen.

Die Möglichkeiten Wasserstoff durch lange Pipelines berall auf der Welt zu verteilen sind gegeben. Eine

Verwendung der alten Erdgaspipelines ist möglich.

Auch der Transport von Flüssigwasserstoff LH ] wäre in Pipelines die wärmeisoliert sind

(Thermoskannenprinzip) möglich.

_{Der Verbraucher:}

im Wohnbereich: obwohl einige technische Neuerungen notwendig sind, ist eine komplette Energieversorgung des Wohnbereichs mit Wasserstoff möglich. Vom Gasherd, über den Warmwasserboiler, die Heizung bis hin zum notwendigem Strom, alles l sst sich mit Wasserstoff betreiben und erzeugen.

im Verkehr auch das Wasserstoffauto ist denkbar. Erste Versuche wurden schon gemacht und das einzige was noch fehlt ist eine Praxis in der sich das Wasserstoffauto bewähren kann. Aber nicht nur das Auto l sst sich mit Wasserstoff betreiben, auch der ÖPNV, LKWs und sogar Flugzeuge sind 'wasserstofftauglich'.

_{Zusammenfassung:}

Merkmale der Wasserstoffwirtschaft:

Sie kommt mit regenerativen Energietr gern aus.

Die Verwendung von Wasser verursacht keinen 'Verschlei .

eine Vielzahl von Technologien und Verfahren sind einsetzbar, was eine gute Anpassung an verschiedene klimatische oder geographische Bedingungen ermöglicht.

Die 'wertlose' Energiewährung W rme wird weitgehend vermieden und erscheint erst auf der

Konsumentenseite.

Festgefahrene globale, politische Struckturen werden gelockert oder gar abgeschafft, weil jeder Sonnenlicht erhält und verwerten kann.

Und das wichtigste an einer zukunftsfähigen Wasserstoffwirtschaft:

Auch wenn die Umstellung zu Beginn kostenintensiver und umst ndlicher als unsere heutige Energiewirtschaft ist, so ist es wichtig daran zu denken, dass wir mit einer Wasserstoffenergiewirtschaft die f r die Zukunft lebensbedrohlichen Umweltschäden, wie Treibhauseffekt usw., nicht noch weiter ausdehnen und so der Natur eine Chance geben sich selbst wieder zu erholen.

Denn: Aus dem Auspuff oder dem Schornstein kommt nichts anderes als Wasser!!!