H2 – Kraftstoff der Zukunft

Herzlich Willkommen im Gymnasium Puchheim

Primärenergieträger werden knapp Fossile Brennstoffe gehen zur Neige Kern-, Sonnen und Windenergie sind Ersatz => H2 ist neuer Speicherstoff Die gegenwärtige Energieversorgung basiert überwiegend auf erschöpfbaren, fossilen Primärenergieträgern, wie Erdöl, Erdgas und Kohle. Die zukünftige Energieversorgung basiert daher nur noch auf Kernenergie, Sonnen- und Windenergie. Mineralölprodukte und Erdgas müssen durch andere Sekundärenergieträger wie beispielsweise H2 ersetzt werden. Bedingt durch ein beschleunigtes Menschheitswachstum kommt ein größerer Energiebedarf auf uns zu, dieser führt absehbar zu einer Ressourcenknappheit. Diese Problem ist nur mit dem Sekundärenergieträger H2 zu lösen.

Das Auto ist Hauptverkehrsmittel Steigender Komfort => Steigender Energieverbrauch Brennstoffzelle bietet ideale Lösung dafür Hauptverkehrsmittel ist in der BRD das Auto und auf diesen Komfort will niemand verzichten. Ganz im Gegenteil es wird immer Komfort verlangt. Die Brennstoffzelle bietet hier eine mobile universell Einsetzbare Energieversorgung. Sie ermöglicht uns jederzeit Strom zu verbrauchen, ohne den Motor des Autos in Betrieb zu nehmen. Das bietet unter anderem die Möglichkeit einer Standklimaanlage. Diese Idee haben wir in unserem Modell verwirklicht.

Arbeitsmethoden Gruppe von ursprünglich 21 Leuten => Modellauto mit APU Technologie +Brennstoffzelle als Energieversorgung Auf die Anfrage von BMW hin, ob wir Interesse hätte in Kooperation mit ihnen an diesem Wettbewerb teilzunehemen, trafen wir uns das erste Mal mit unserem Ansprechpartner von BMW. Die damals noch 21 Leute umfassende Gruppe machte sich erste Gedanken über Projektvorschläge. Wir kamen zur einzig realisierbaren Idee: ein Modellauto mit APU Technologie, mit H2 als Energiequelle.

Arbeitsmethoden Einteilung in Fachbereiche Wöchentlich 2 Treffen Kommunikation über Email-Newsgroup Die Realisierungsphase der Aufteilung des gesamten Teams in verschiedene Fachbereiche, wie das in der Industrie üblich ist. Aus diesen Fachbereichen entwickelten sich später die einzelnen Teams für die Theoriearbeit. Von diesem Zeitpunkt an trafen wir uns wöchentlich zwei Mal. Die endgültige Projektgruppe bestand aus nun mehr 14 Leuten. Der Rest wurde auf Grund mangelndem Inderesse von dem Projekt ausgeschlossen. Wir 14 Schüler und die beiden betreuenden Lehrer, Herr Fischer und Herr Bube, kommunizierten außerhalb der Schule hauptsächlich über eine extra eingerichtete Email-Newsgroup. Darüber erhielt jedes Projekt-Mitglied die neuesten Informationen und konnte seine Erfahrungen Austauschen.

Partner aus der Industrie Ballard Power Shell AG Swagelok B.E.S.T. & Fetting AG National Instruments BMW Aircool GmbH Im Fortlauf unseres Projektes zogen wir immer weitere Firmen zu Kooperation heran: Ballar Power, die uns Informationen zur Brennstoffzelle lieferten Shell AG, die uns einen Elektrolyseur zur Verfügung stellten Swagelok B.E.S.T. & Fetting AG, die uns den H2 Tank und diverse Anschlüsse dafür zur Verfügung stellte National Instruments, für Messwerterfassung und Steuerelemente BMW, die uns die Brennstoffzelle zur Verfügung stellten und nicht zu vergessen: die Firma Aircool GmbH und Herr Trost, die uns nicht nur die Klimaanlage gaben, sondern die uns auch viel bei der Montage der einzelnen Komponenten des Modell geholfen haben.

Erzeugung von H2 Elektrolyseur Biochemisches Verfahren Reformieren von Kohlenwasserstoffen Anodenreaktion: 2H2O + 2e-  2OH- + H2 x 2 Kathodenreaktion: 4OH-  O2 + 2H2O + 4e- Gesamtreaktion: 2H2O  2H2 + O2

Funktionsprinzip: „Kalte Verbrennung“

Die Versuchs-Brennstoffzelle Fazit: Der ideale Energiewandler ist gefunden, für höhere Leistung wird jedoch ein Stack benötigt

Großtechnische Speicherung Druckflaschen 250-300 bar LH2 Tank -250°C Kohlenstoff Nanotubes Viele Möglichkeiten, je nach Verwendungszweck

Unser Speichersystem 300 ml Tank (bis 120bar) + H2-dichte Verbindung

Gefährlicher Wasserstoff? 4 : 4

Sicherheitstests mit dem LH2-Tank

Stromverbrauch im Auto Notwendige Systeme: Lampen Bordelektronik Sicherheitssysteme (ABS, ESP, Airbag,...) Komfortsysteme: Klimaanlage HiFi/Navigationssystem DVD Minibar Deckung des Bedarfs durch Brennstoffzelle

Darstellung der Komponenten in unserem Modell Sensoren zur Datenerfassung 2. Lichtanlage 3. Klimaanlage

Sensoren Temperaturabhängige Widerstände Vorgefertigte Messsonde Spannungsverändernde Halbleiter und Drucksonden

Funktionsweise einer Klimaanlage Verdichter Komprimierung des Kühlmittels Erwärmung Kondensator Abführung der Wärme an die Umgebung Verdampfer Entspannung und damit Kühlung des Kühlmittels Kühlung der Umgebung

Arbeiten bei_________ 1. Besuch am : Planung und Dimensionierung der Anlage 2. Besuch am : Problemlösungen 3. Besuch am : Umsetzung des Projekts

LabView im Unterricht Für Facharbeit schon vorhanden Datenerfassung über PCMCIA Kennlinien Speicherung in Tabelle Ausgabe in Diagramm

Arbeiten mit LabView Einlesen einer Spannung Vergleich mit Eich-Wert Abspeicherung in Datei Graphische Ausgabe Einlesen einer Datei

Trotz einiger Probleme konnten wir LabView zur Datenerfassung nutzen Programmieren allgemein Mobilität bei Verwendung Zu schwaches Signal der Sensoren Einrichtung eines Wahlkurses Verwendung einer Karte für Laptops Experimente mit verschiedenen Modellen Trotz einiger Probleme konnten wir LabView zur Datenerfassung nutzen

Sicherheitstests mit dem LH2-Tank Der LH2 Tank im Propanfeuer Stumpfe mechanische Belastung Erhöhter Innendruck durch defekte Isolierung „Leak before rupture“ Der Tank explodierte in keinem Fall !!!

Zukunftspläne Druckelektrolyseur Weitere Messdaten Steuerung mit LabView Höherer Tankdruck