Wasserstoff im Motor verbrennen oder erst zu Strom umwandeln?
Neulich sah ich einen Stadtbus, der in einer Kurve viel Flüssigkeit verlor, vermutlich Wasser aus Brennstoffzellen. Ein Motorgeräusch war nicht zu vernehmen.
Warum die Umsetzung zu Strom und nicht die direkte Verbrennung des Wasserstoffs? Dürfte doch den Wirkungsgrad reduzieren.
5 Antworten
Warum die Umsetzung zu Strom und nicht die direkte Verbrennung des Wasserstoffs? Dürfte doch den Wirkungsgrad reduzieren.
Ein Wasserstoffmotor (bis etwa 30 %) ist geringer im Wirkungsgrad als eine Brennstoffzelle (bis etwa 60 %). Denn durch die Verbrennung entsteht viel Wärme, die mehr oder weniger nutzlos in die Umwelt abgegeben wird, so wie bei den meisten Verbrennungsmotoren.
BHKW sind hier eine Ausnahme. Denn hier wird die Wärme weiterverwendet. Z. B. zum Heizen eines Schwimmbads.
Auch hat das Verbrennen den Nachteil, das Stickoxide entstehen können und das Abgas daher behandelt werden muss. Und das ganze ist lauter.
Der Motor ist auch wartungsintensiver.
Die Brennstoffzelle ist technisch komplexer und damit teurer, hat viele dieser Probleme aber nicht. Ganz zu schweigen vom besseren Fahrverhalten eines Elektroantriebs.
Verbrennungsmotoren haben einen relativ geringen Wirkungsgrad im Vergleich zu Elektromotoren.
Die Umwandlung in Strom via Brennstoffzelle und das Betreiben eines Elektromotors ist daher energetisch effektiver, als die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor. Außerdem ist die Kombination Brennstoffzelle und E-Motor immer noch einfacher zu warten und zu reparieren als ein Verbrennungsmotor.
Wasserstofftaugliche Motoren sind wohl nicht verfügbar. Und: wenn man Wasserstoff mit Batterie ergänzt kann ein Elektrobus beim Bremsen Energie rekuperieren, in der Batterie speichern und zum Fahren nutzen.
Ein Ottomotor kann prinzipiell auch mit Wasserstoff betrieben werden. Prototypen gab es schon in den 90ern. Der Wirkungsgrad ist nur nicht besonders gut.
Warum die Umsetzung zu Strom und nicht die direkte Verbrennung des Wasserstoffs? Dürfte doch den Wirkungsgrad reduzieren.
Genau andersrum. Die Wärmekraftmaschinen, die bisher bekannt und entwickelt sind, haben furchtbar niedrige Wirkungsgrade. Also alles, wo was verbrannt wird um damit Bewegung zu erzeugen.
Während eine langsame Knallgasreaktion in eine Brennstoffzelle einen ziemlich guten Wirkungsgrad hat und ein Elektromotor einen sehr guten. Was als Gesamt-Wirkungsgrad dann deutlich im Vorteil ist.
Abgesehen vom Wirkungsgrad sind Kolbenverbrennungsmotoren auch noch recht kompliziert und wartungsaufwändig. Schaue dir mal an, wie viele bewegliche Teile so ein 08/15-Verzylindermotor hat, von den Kolben über den Zahnriemen und die Nockenwelle bis zu den Ventilen. Dazu noch eine Menge Peripherie an Starter, Lichtmaschine, Kühlkreislauf... Und um die erzeugte Kraft sinnvoll nutzen zu können, brauchst du obendrein noch eine Kupplung und ein Getriebe im Antriebsstrang, was nochmal reihenweise beweglicher Teile sind. Während ein Elektromotor genau ein bewegliches Teil hat. Und eine Brennstoffzelle gar keins.
Dass manchmal trotzdem Wasserstoff-Verbrennungsmotoren verwendet werden, liegt meistens daran dass eine vorhandene Basis weiterverwendet werden soll, die nunmal einen Diesel- oder Benzinmotor hatte und man will einfach nur diesen 1:1 ersetzen. Ohne das ganze Fahrzeug umzubauen. Dann ist der Wasserstoffmotor hinsichtlich Entwicklungsaufwand und Anschaffungspreis halt billiger als Brennstoffzelle und E-Motor.
Eine Brennstoffzelle allein kommt auf einen Wirkungsgrad von 83 %, der Elektromotor auf bis zu 90%. Damit kommen beide Komponenten zusammen auf bis zu knapp 75%. Der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren dagegen liegt bei nur 20%.
"Dürfte doch den Wirkungsgrad reduzieren."
Eben. Wozu den Wirkungsgrad reduzieren?
Neben der deutlich höheren Effizienz ist die Kombination Brennstoffzelle-Elektromotor kleiner, leichter, störungs- und wartungsärmer als der Verbrennungsmotor.
Ich glaube, er meinte dass es den Wirkungsgrad reduziert, den Umweg über eine Brennstoffzelle und dann zum E-Motor zu gehen, statt den Wasserstoff direkt zu verwenden.