Kassel 2050 Löst die Brennstoffzelle das Energieproblem? Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Funktionsweise der Brennstoffzelle Wasserstoff wird als Energieträger aufgespalten Protonen wandern durch eine Membran (grün) Elektronen wandern über einen el. Verbraucher zur Kathode Elektronen, Protonen und Sauerstoff verbinden sich zu reinem Wasser Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Woher kommt der Wasserstoff? Wasserstoff kommt in der Natur nicht ungebunden vor Er kann durch verschiedene Verfahren extrahiert werden Man kann Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen (CH4) sowie aus Wasser gewinnen Das so genannte Reformer-Verfahren wird am häufigsten verwendet (CO2-Ausstoß) Zu den CO2-freien Verfahren zählen die Elektrolyse und das Kvaerner-Verfahren Quelle: linde.de Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Wasserstoff und seine Probleme Hochentzündlich Speicherung: durch Kühlung und Komprimierung geht viel Energie verloren Kaum Tankstellen (neue Infrastruktur erforderlich) Energieintensive Herstellung Quelle: www.vidicom-tv.com Explodierender Zeppelin Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Das Elektroauto Brennstoffzellenauto = Elektroauto Das Elektroauto wird heute nur mit Akkumulatoren betrieben Antriebsenergie kann beim Bremsen zurück gewonnen werden Geringe Reichweite und Geschwindigkeit Volle Kraftentwicklung im unteren Drehzahlbereich Es ist geräuscharm und preiswert Die benötigte Energie kann aus einer Brennstoffzelle entnommen werden Quelle: www.lec.ch Brennstoffzellenauto = Elektroauto Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Vorteile der Brennstoffzelle im Kfz bei Betrieb mit H2 Kein CO2 Ausstoß BSZ ist vibrationsfrei und leise wegen Elektromotor Wasserstoff ist sicherster Energielieferant Keine Schaltvorgänge für Fahrer 1/3 der sonstigen Treibstoffmenge wird bei gleicher Leistung benötigt Besserer Wirkungsgrad als Ottomotor Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Nachteile der Brennstoffzelle im Kfz bei Betrieb mit H2 Hoher Anschaffungspreis Geringe Reichweite und geringe Geschwindigkeit Laderaum für Wasserstoff Bei der Herstellung des Wasserstoffs muss mehr Energie aufgewendet werden als bei der eigentlichen Verbrennung erzeugt wird (irrelevant bei regenerativen Energiequellen) Wärmeabfuhr problematisch Kaltstartverhalten bei Temperaturen unter 0°C Langzeitbeständigkeit der Zelle Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Verbrauch bei Kraftfahrzeugen Ein Fahrzeug mit Ottomotor verbraucht im Durchschnitt 8 Liter Benzin auf 100 km Ein Elektroauto verbraucht im Alltag 8 – 10 kWh (ca. 1 Liter Benzin) Brennstoffzellen verbrauchen ca. 30-40 kWh auf 100 km Quelle: shell-heuberg.ch Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Kassel 2050 – Ist Wasserstoff DIE Lösung? (1) In Kassel und Landkreis gibt es 87.000 Autos Im Durchschnitt fährt man 15.000km pro Jahr. Für 100km benötigt man 1,2kg Wasserstoff. So müsste man für Kassel 15.660 t H2 im Jahr herstellen. Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Kassel 2050 – Ist Wasserstoff DIE Lösung? (2) Um eine Tonne H2 herzustellen benötigt man 53.333 kWh elektrischen Strom. Um 15.660 t H2 herzustellen benötigt man 835.200.000 kWh elektrischen Strom. Um das wiederum zu ermöglichen müsste man in Kassel Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von 1.044.000 kW installieren. Die dazu benötigte Fläche ist 10.440.000 m² groß, das entspricht einer Fläche von 3.2 km x 3.2 km (reine Kollektorfläche). Diese Kollektoren würden Kosten in Höhe von ca. 6,26 Milliarden Euro verursachen. Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)

Fazit Die mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle ist eine technologische Alternative zu den bisherigen Heizungen und Kraftfahrzeugen, jedoch weißt sie noch Mängel auf: Kosten Umweltgerechte Herstellung, Transport und Lagerung des Wasserstoffes Funktionalität Team Brennstoffzelle: Nadja Mooshage, Stefan Billerbeck, Kalle Reichert (Goethe-Gymnasium) Tutor: Sascha Wiegand (Uni Kassel, Umwelttechnik, upp)