Unterschied zwischen einem Motor in dem Wasserstoff verbrannt wird und einer Brennstoffzelle?

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6 Antworten

Du hast prinzipiell schon recht mit deinen Gedanken. Will dir aber beim Sortieren etwas helfen.

Motor:
Hier wird der Wasserstoff als Benzinersatz genommen und alles funktioniert wie bei einem Benzinmotor. Das Luft-Wasserstoffgemisch wird in den Zylinder gesogen, dort verdichtet und gezündet. Die Explosion treibt den Kolben nach unten.

Hier wird die chemische Energie zunächst in innere Energie (Wärme) umgesetzt und danach direkt in mechanische. Diese mechanische Energie (Arbeit) wird zum Antrieb des Fahrzeuges genutzt.

Brennstoffzelle:
Hier wird die chemische Energie in der Brennstoffzelle am Katalysator in elektrische Energie gewandelt. Die Brennstoffzelle ist damit ein Generator. Der entstehende Strom treibt dann Elektromotoren und die das Auto an.

Du kannst auch einen Stirling-Motor nehmen - bei dem sind Brenngas und Antriebsgas voneinander getrennt, und du kannst (und solltest) einen Katalysator in den Brennraum einbauen.

Aber wenn es hier um das Funktionsprinzip geht:

Eine Verbrennung ist für gewöhnlich ein irreversibler Vorgang, bei dem chemische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird und diese Wärmeenergie dann in Bewegungsenergie.

Bei einer Brennstoffzelle wird die chemische Energie ziemlich direkt in elektrische Energie umgewandelt, und diese dann in Bewegungsenergie.

Wir haben bei der Verbrennung also die unvermeidbare Entropieerzeugung bei der Erzeugung von Wärmeenergie - Energie, die für nichts mehr taugt als irgendetwas kühleres zu erwärmen.

Bei der Brennstoffzelle haben wir keine prinzipiellen Verluste - nur die technischen, aber prinzipiell verringerbaren Verluste wie die Verluste durch Überspannung an den Elektroden und die ohmschen Verluste.

Eine Brennstoffzelle kombiniert Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser und produziert dabei elektrische Energie.

Ein mit Wasserstoff betriebener Motor verbrennt Wasserstoff und produziert dabei mechanische Energie.

Die Brennstoffzelle ist kein Motor, sondern kann lediglich die Energie für zb. einen E-Motor bereitstellen, damit man hinterher etwas damit antreiben kann, mit einem Wasserstoff verbrennenden Motor hat man den Antrieb direkt.

Wasserstoff-Verbrennungsmotor: Die Verbrennung findet in einem Raum (Zylinder) statt. Brennstoff (H2) und Luftsauerstoff werden im Zylinder vermischt und eine Zündkerze bringt die Reaktion im Gang und es entsteht Druck und Wärme -> Wie Benzin im Ottomotor. Hierbei entsteht als "Abgas" Wasser


Wasserstoff-Brennstoffzelle:
Brennstoff (H2) und Oxidationsmittel (O2) sind über eine semipermeable Membran räumlich voneinander getrennt. Man hat einen H2-Raum (Anode) und einen O2-Raum (Kathode). Raum = Elektrode. Die Elektroden sind von außen verbunden
H2 und O2 haben das Potential (chemische Potential) miteinander zu reagieren. Allerdings liegen die Stoffe getrennt vor und müssen einen anderen Weg nehmen. Also statt über Wärme (thermische Energie) geht man über Strom (elektrischer Energie).
H2 gibt seine Elektroden an der Elektrode (Anode) ab, durchdringt die Membran und gelangt so als H+ an O2. Die Elektroden wandern von der Anode über einen elektrischen Verbraucher an die Kathode. -> Du machst elektrischen Strom.
So sind H+, O2 und Elektroden auf der Kathodenseite und reagieren zu Wasser.

==> Die Katalysatoren braucht man, um die Raktion "etwas zu beschleunigen". Da du hier keine externen Hilfsmittel hast, wie die Zündkerze, brauchst du die Katalysatoren.



Verbrennung
: Ist eine Reaktion mit Sauerstoff. Dabei entsteht Wärme und es kann zu Flammenbildung kommen.



In einem Wasserstoffverbrennungsmotor liegt ein thermischer Prozess vor, den man Carnot nennt, der Wirkungsgrad ist bei thermischen Maschinen begrenzt auf maximal ca. 60% .

In einer Brennstoffzelle findet eine "kalte Verbrennung" statt und der Wirkungsgrad könnte theoretisch nahe bei 100% liegen.

In einem Verbrennungsmotor wird die adiabatische Ausdehnung der Verbrennungsgase ausgenutzt. Der bestimmende Faktor ist die Differenz zwischen T1 und T2.

In der Brennstoffzelle wird direkt chemische in elektrische Energie gewandelt, die einen hohen Exergieanteil besitzt. Es entfallen also mechanische Teile. Die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie geschieht mit Motoren in einem hohen Wirkungsgrad, Bauteile wie Kupplung und Getriebe entfallen.

"sonst würde das ganze doch explosionsartig sein oder?"

diese explosionen sind in einem verbrennungsmotor aber auch normal. egal was er verbrennt

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