Archived

This topic is now archived and is closed to further replies.

locodtm

Wasserstoffantriebe

Recommended Posts

Es wurden ja schon Brennstoffzellen in kleineren Flugzeugen als Flugantrieb entwickelt und getestet. Ich denke also das es eine ernst zu nehmende Alternative zu Kerosin und biologischen Kraftstoffen ist. Dazu habe ich ein paar Fragen:

1) Als "Abfallprodukt" entsteht Wasser. Was würde damit passieren, man kann es ja schlecht aus dem Flieger rausregnen lassen?

2) Man braucht Sauerstoff für die Reaktion. Kann in höheren Flughöhen der Sauerstoffgehalt der Luft unter das Niveau sinken das man bräuchte um die Brennstoffzelle zu betreiben?

3) Gäbe es besondere Probleme beim Transport von Wasserstoff als Treibstoff?

4) Könnte man auch Wasserstoff anstatt Kerosin in die herkömmlichen Triebwerke einspritzen?

 

Das sind alles sehr hypothetische Fragen für den Fall, dass sich Wasserstoff überhuaot eignet. Ich bedanke mich schonmal für eure Antworten.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3) Gäbe es besondere Probleme beim Transport von Wasserstoff als Treibstoff?

4) Könnte man auch Wasserstoff anstatt Kerosin in die herkömmlichen Triebwerke einspritzen?

Auch wenn wiki nicht immer die richtige Quelle ist, steht hier schon einiges drin

wiki-link

Und es gab ja auch schon mehrere Projekte:

Die Tu 155 [sic!] (Triplehybridflugzeug für Kerosin, Erdgas und Wasserstoff) war da am weitesten und flog, während die Dornier 328 CYROPlane und der Airbus CYROPlane auf 310-Basis nicht so weit kamen. Vielleicht bringt dich das bei ner Google-Suche was weiter.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Es wurden ja schon Brennstoffzellen in kleineren Flugzeugen als Flugantrieb entwickelt und getestet. Ich denke also das es eine ernst zu nehmende Alternative zu Kerosin und biologischen Kraftstoffen ist. Dazu habe ich ein paar Fragen:

1) Als "Abfallprodukt" entsteht Wasser. Was würde damit passieren, man kann es ja schlecht aus dem Flieger rausregnen lassen?

 

Was soll schon passieren? Dann kommt eben Wasserdampf anstatt Abgase der Verbrennung fossiler Brennstoffe aus den Triebwerken hinten raus.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ich war mir da nicht sicher ob Wasserdampf oder Wasser hinten rauskommt. Bei Wasserdampf sicher nicht weiter tragisch, bei Wasser würden sich viele Leute im Anflugsbereich eines Flughafens bedanken, wenns bei ihnen immer regnet.

 

Danke für eure Antworten ich werde dann mal weiter googeln :D

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest md-11avimec

klar gibt es beim transport schwierigkeiten. die tanks in den flügel sind belüftet um unterdruck durch die fuelpumps zu vermeiden. wenn du wasserstoff belüften würdest verfliegt der einfach. und flüssig müsstest du ihn beim unter -200 grad lagern. keine ahnung wie das gehen sollte.

ausserdem bildet sich explosives- statt brennbares gas wenn du wasserstoff entzündest. also für kolbenmotoren wären die antiknock eigenschaften des wasserstoffs ein erheblicher nachteil. bei jet triebwerk sehe ich da erst mal keine probleme. aber du kannst es halt im flieger nicht wirklich "artgerecht" lagern.

ich denke fusionsreaktoren für strom um den wasserstoff aus der luft zu gewinnen, anstatt ihn im flieger zu lagern ist da die bessere wahl für die zukunft.

Share this post


Link to post
Share on other sites

zudem ist der brennwert von wasserstoff etwas gering auf das volumen bezogen (zudem, dass es aufwändig gelagert werden muss).

 

 also von der idee her toll, aber die umsetztung ist schwierig und teuer

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Auch wenn er entsprechend unter Druck steht?

Nein, aber hoher Druck bedeutet stabile und damit schwere Tanks - damit eher sehr ungeeignet für Flugzeuge.

Außerdem empfiehlt es sich nicht vollgetankte Wasserstoffflugzeuge rumstehen zu lassen. Wasserstoff hat die blöde Eigenschaft selbst durch Stahltanks zu diffundieren und damit verflüchtigt sich ein Teil schon in relativ kurzer Zeit.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Nein, aber hoher Druck bedeutet stabile und damit schwere Tanks - damit eher sehr ungeeignet für Flugzeuge.

 

...womit wir genau den Grund dafür herausgearbeitet hätten, warum es wasserstoffgetriebene Flugzeuge (noch) nicht gibt, die verbrennungstechnischen Fragen der Triebwerksbauer sind nämlich im wesentlichen geklärt. Mir war nur wichtig, die Sache mit den -200 Grad Celsius aufzuklären.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Außerdem empfiehlt es sich nicht vollgetankte Wasserstoffflugzeuge rumstehen zu lassen. Wasserstoff hat die blöde Eigenschaft selbst durch Stahltanks zu diffundieren und damit verflüchtigt sich ein Teil schon in relativ kurzer Zeit.

 

Das kann man gar nicht genug hervorheben.

Viele "Romantiker" stellen sich die "Energieendlösung" immer so einfach vor: In den südlichen sonnenreichen Küsten am Meer einfach per Solarenergie Strom erzeugen, den Strom mit zwei Elektroden durchs Wasser leiten und so Wasserstoff erzeugen und schon hat man einen perfekten Energiespeicher, den man relativ einfach zum Einsatzort transportieren kann.

 

Da gibt es so viele Probleme und einige wird man vermutlich nie lösen können:

Wasserstoff ist das kleinste Element überhaupt:

Wenn es unter Druck steht (und dass muss es, wenn man die Energiedichten betrachtet: Benzin: 8760 kWh/m³ - Wasserstoff Normaldruck: 3 kWh/m³ - Wasserstoff flüssig: 2360 kWh/m³), diffundiert es durch ziemlich alles raus. Z.B.

Eisen hat einen Atomabstand von ca. 250 Pikometer (pm), Wasserstoff ist ca. 75 pm groß. Das findet also genug Platz, um zwischen ziemlich allen Materialien durchzurustchen. Die tpyischen Kolenwasserstoffgase sind dagegen riesig: z.B. Propan mit ca. 600 pm.

 

Das nächste Problem ist, das man Wasserstofftanks deshalb nicht in geschlossenen Räumen aufbewahren darf.

Ein Wasserstoffauto ein paar Tage in einer Garage geparkt (oder ein Flugzeug in einer Halle) und man hat eine perfekte Knallgas-Bombe (man braucht nur 4%-77% Wasserstoffanteil in der Luft, damit es zündet). Zumal Knallgas (Also Wasserstoff und Sauerstoff) sehr wenig Energie braucht zum zünden. Ein Funke reicht. Es reichen ca. 1,5kg Wasserstoff in einer Garage. Der 7er BWM mit Wasserstoffantrieb hat einen 7,8kg-Wasserstoff-Tank und verliert ca. 0,9 kg Wasserstoff am Tag durch Diffusion. Nach 2 Tagen parken in einer Garage wird sie beim Anlassen explodieren.

Wasserstoff kann also nur bei ausreichender Entlüftung gelagert werden und verflüchtigt sich ständig dabei. Der Gesamtwirkungsgrad wird mit der Transport- und Lagerdauer also immer schlechter.

 

Dann kommt die Herstellung: Wasserstoff wird unter Einsatz von sehr viel Energie aus Erdgas (v.a. Methan) hergestellt. Dabei entsteht die gleiche Menge CO2 wie wenn man das Methan (oder den benutzten Kohlenwasserstoff) verbrannt hätt und man muss für die Herstellung sehr viel Energie (Hitze) aufwenden! Es bringt für die Umwelt gar nichts.

Viele glauben, es entsteht durch Elektrolyse, aber hier ist ein Problem, das dabei auch Säuren und Laugen entstehen, die die Elektrolyten (in der Regel Kohle) angreifen und sehr schnell auflösen. Auch ist der Wirkungsgrad noch sehr niedrig, viel niedriger, als wenn man den Strom transformiert und tausende km auf die Reise schickt. Aber am Elektrolyse-Wirkungsgrad tut sich einiges in der Forschung.

 

Wenn man es im ganzen anschaut: Geringe Energiedichte, Speicherproblematik, Herstellproblematik: Dann kann man nur zu dem Schluss kommen, das es noch sehr lange dauert, bis man Wasserstoff in der Praxis wird einsetzen können.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Welche anderen Umweltfreundlichen Antriebsarten kann man denn dann einsetzen? Die Zumischung von Bio-Kraftstoffen zu Kerosin ist ja auch nicht gerade das Gelbe vom Ei.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Wenn man es im ganzen anschaut: Geringe Energiedichte, Speicherproblematik, Herstellproblematik: Dann kann man nur zu dem Schluss kommen, das es noch sehr lange dauert, bis man Wasserstoff in der Praxis wird einsetzen können.

Andersherum gewendet: Ein Top-Konjunkturprogramm für ein ganzes Jahrzehnt. Zunächst.

 

Und vielen Dank für die ausführliche Stellungnahme.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest md-11avimec
Welche anderen Umweltfreundlichen Antriebsarten kann man denn dann einsetzen? Die Zumischung von Bio-Kraftstoffen zu Kerosin ist ja auch nicht gerade das Gelbe vom Ei.

 

 

da hast du einen wunden punkt getroffen.

wenn erst mal alle verstanden haben das man energie nur umwandeln aber nicht produzieren kann, dann sind wir schon ein grosses stück weiter. grob gesagt ist alles was wir umwandeln können aus sternexplosionen in die staubwolke geworfen worden, die nun unsere erde ist. es ist also nicht unendlich da.

egal was du umwandelst, es wird irgendwann alle auf der erde (sofern es nicht nachwächst).

kernspaltung - uran, plutonium (gibts nur wenig von, weil eines der schwersten elemente)

verbrennungskraft - kohle, öl, und was auch immer man da in den ofen reinsteckt (holz verbaucht viel platz. da müssten wir dann aufhören lebensmittel anzubauen)

kernfusion - wasserstoff (ja, das geht auch irgendwann alle wenn man nur genug davon verbraucht)

selbst solarkraft geht auf der erde alle (so in 5 milliarden jahren. wird mich aber nicht betreffen)

die kunst ist also mehr anzubauen als man verbraucht. bis jetzt hats noch keiner hinbekommen.

 

nun schaut man noch hinter die kulissen.

bestes beispiel elec-auto. klar fährt das ohne benzin aber woher kommt der strom???

steckdose oder doch kohle- oder atomkraftwerk?

so gesehen ist das ganze umwelt gefasel augenwischerei. momentan kann strom ohne kernenergie nicht ausreichend zur verfügung gestellt werden. wenn nun auch noch autos strom verbrauchen erhöht sich der stromverbrauch um einiges. das muss erst mal mit regenerativen mitteln zur verfügung gestellt werden. also brauchen wir in zukunft sehr viel mondgravitation, sonne und wind. (wasserstoff: blöd wenn der alle geht, dann haben wir nichts mehr zu trinken oder um die felder zu bewässern)

Share this post


Link to post
Share on other sites
(wasserstoff: blöd wenn der alle geht, dann haben wir nichts mehr zu trinken oder um die felder zu bewässern)

 

Gerade um den brauchen wir uns am wenigsten zu sorgen, selbst wenn wir ihn "verbrennen" kommt doch hinten wieder Wasserstoff in Form von Wasserdampf heraus :-)

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest md-11avimec

ich dachte mehr an kernfusion. da bleibt kein wasserstoff über.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Die meisten Menschen habe Angst vorm Fliegen. Wenn sie dann noch hören würden, dass die Motoren von einem Kernreaktor betrieben werden, würden sie glatt aus dem Flieger springen.

 

Klar, gibt es Kernreaktoren in Schiffen/ U- Booten, aber dort werden sie komischerweise akzeptiert.

 

Sollte man auf Kernenergie zurück greifen, dann würden momentan auch Propeller am Effektivsten sein, doch das sehen die Paxe als Rückschritt.

Es ist also zusätzlich Überzeugungsarbeit zu leisten.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Schätze das Kernreaktoren wohl nicht akzeptiert werden, weil der Aufwand (für Sicherheitseinrichtungen und Abschirmung) doch recht gross ist und das Leistungsgewicht nicht akzeptabel ist. 

 

Das Proppeler nciht akzeptiert werden, halte ich für das kleinste der zu lösenden Probleme, die werden ohnehin nicht aussehen, wie bei ner Cessna 182, sondern wohl eher wie der Fan von einer 777 nur nicht gekapselt und noch weniger Blätter.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

In den 50er des letzten Jahrhunderts hat man sich ja ernsthaft Gedanken über den "Atomantrieb" - wie es damals hieß - für Flugzeuge gemacht.

Auch die "Populärwissenschaft" hat darüber (mehr oder weniger optimistisch) berichtet, wie folgende Webseiten zeigen:

 

http://www.mosafilm.de/CF/heftbesprechung/...tatomkraft.html

http://www.castor.de/technik/atomkraft/08_1958/72.html

 

Sogar der SPIEGEL hat sich dazu ausgelassen:

 

http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-28957287.html

 

Bei WIKI findet sich der Hinweis, dass sowohl die Sowjetunion als auch die USA bis in die 70er tatsächlich damit experimentiert haben:

 

http://de.wikipedia.org/wiki/Kernenergieantrieb#Flugzeuge

 

Aufgrund von Sicherheitsproblemen und Gewicht hat man das aber nicht mehr weitergeführt. Ich denke auch nicht, dass es dazu heute noch ernsthafte Überlegungen gibt.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest md-11avimec

auch dachte ich mehr an kernfusionsstrom für batterien und die ins flugzeug packen. statt 50 tonnen sprit 50 tonnen batterien sollten reichen für entsprechende e-motoren. die könnte man ja auch beim turn-around gleich mit heber auswechseln. so fällt auch das tanken weg.

 

trotzdem ein aufschlussreicher link mit dem atom flugzeug. kannte ich vorher gar nicht. man lernt halt immer dazu in der luftfahrt.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

wenn sich da in der batterie/akku-technik nichts tut, wird das wohl eher etwas schwer, im auto isses ja dasselbe: schwere akkus (wesentlich schwerer als der sonst nötige sprit) und kaum reichweite, die auch noch drastisch sink, wenn man schneller als 100km/h fährt (je nach auto)

 

 zudem ist der treibstoff ja momentan im flügel untergebracht, zumindest grösstenteils, würde man das in den rumpf packen, geht 1. platzt flöten und 2. müsste man wohl richtig dicke beschläge im bereich der flügelwurzeln verbauen, weil da enorme kräfte eingeleitet werden müssen.(vorher hat der flügel ja quasi selbst den sprit getragen)

 

 

 

 Momentan gibt es nichts wirklich plausibles, mit dem man fossile brennstoffe ersetzten könnte, aber was gehen würde: diese nur noch für verkehrsmittel zulassen. wozu häuser oder andere stationäre geräte ect. mit öl oder gas heizen, wenn es wesentlcih bessere varianten gibt, wie fernwärme, wärmepumpen, sonnenkollektoren ect. pp.

 

 fahrzeuge jeder art sind auf die hohe energiedichte und die einfache und schnelle verfügbarkeit angewiesen

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ich denke mal, dass noch viel Potential in aerodynamischen Feinheiten an Zelle, Flügel, Außenhaut, Triebwerk vorhanden ist und man in naher Zukunft eher weniger bei neuen "Betriebsmitteln/-arten" zu Ergebnissen kommt, ausgenommen vielleicht synthetische Treibstoffe.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ich denke mal, dass noch viel Potential in aerodynamischen Feinheiten an Zelle, Flügel, Außenhaut, Triebwerk vorhanden ist und man in naher Zukunft eher weniger bei neuen "Betriebsmitteln/-arten" zu Ergebnissen kommt, ausgenommen vielleicht synthetische Treibstoffe.

Ich denke auch dass ein Elektroantrieb im Flugzeug nicht zustande kommen wird. Selbst wenn die Energiedichte der Akkus gelöst ist, kommt das Problem des Aufladens. Bei einer Umdrehzeit von 45-90 Minuten wird man es nicht schaffen diese Akkus sicher zu laden, dass sie auch noch Reserven haben. Und einfach mal Akkus in einem Flugeug zu wechseln wird schon sehr schwierig, wenn sie dann im Rumpf oder den Flügeln untergebracht sind. Auch wird sich die Geschwindigkeit reduzieren, da man ja wieder zum Propeller zurückkehren muss und dieser nicht allzu hohe Geschwindigkeiten liefern kann. Oder könnte man mit neuen Entwicklungen einfach wieder in Geschwindigkeiten bis 900 km/h vorstoßen? Die Tu-95/Tu-114 hat es auch "nur" (laut wiki) auf bis ca. 830-870 km/h Höchstgeschwindigkeit geschafft.

Ich denke der richtige Schritt werden erstmal die Algenbasierten Treibstoffe sein. So kann man zumindest ein Teil der Flotte in gut ausgebauten Gebieten (z.B. Europa, USA, Teile Asiens) fast CO2-neutral fliegen und man hat immer noch ein Backupsystem. Die gesamte Luftfahrt auf einen neuen Treibstoff weltweit umzustellen wird nicht möglich sein, aber so kann ein erster Schritt aussehen.

Wasserstoff als Antrieb halte ich auch für unwahrscheinlich, auch wann z.B. durch Metallschwämme die Diffusion verringert werden kann und mit Kunststofftanks der Gewicht kleiner wird. Aber die anderen Probleme, vor allem die Energiebilanz wurde ja schon erörtert.

in dem Sinne

gau

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ich denke der richtige Schritt werden erstmal die Algenbasierten Treibstoffe sein. So kann man zumindest ein Teil der Flotte in gut ausgebauten Gebieten (z.B. Europa, USA, Teile Asiens) fast CO2-neutral fliegen und man hat immer noch ein Backupsystem.

CO2 Neutralität gehört sicherlich nicht in das Anforderungsprofil der Luftfahrtindustrie an zukünftige Technologie. Wie immer zählen da nur die Kosten. Kerosin hat eine hervorragende Energiedichte und somit ein prima Energie/Gewichtsverhältnis. Ich kann mir daher nur Synthetikkraftstoffe vorstellen. Woraus die dann gewonnen werden ist ein anderes Thema. Wenns billig ist kann das durchaus auch grüner Algensabber sein, aus dem Synthetikkraftstoff hergestellt wird. Ich denke man wird aber eher bei den üblichen Verdächtigen wie Zucker, Biomasse oder Ölpflanzen landen.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Vorübergehend werden Beimischungen von Biokraftstoffen die Kerosin-Verfügbarkeit sicherstellen.

Auf Dauer wird man mittels Hydrothermaler Karbonisierung Kerosin herstellen können (Bisher kommt man damit erst bis zu einer Erdöl-Vorstufe)

Eine andere Möglichkeit ist noch die Entwicklung besserer Supraleiter und eines leichten hocheffizienten elektrischen Energiespeichers auf dieser Technologiebasis. (Aber hier fehlt noch der technologische Durchbruch).

Nukleare (Atomreaktion und Atomfusion) Energieträger scheiden aufgrund der untragbaren Gefahren ("Kolateralschäden") eindeutig aus.

Share this post


Link to post
Share on other sites

In der Luftfahrt geht es bei alternativen Treibstoffen derzeit primär um algenbasierte Treibstoffe (billig in grosser Menge herzustellen, keine Anbaukonkurrenz mit Lebensmitteln) und um Kohlehydrierung. Gerade das US Militär ist an letzterer sehr interessiert da es genügend billig auszubeutende Kohlevorräte gibt um auf lange Sicht eine Treibstoffsicherheit mit synthetischen "konventionellen" Treibstoffen sicherzustellen. Das Problem sind derzeit noch die Kosten in der Massenproduktion.

 

Generell wird es aber noch recht lange dauern bis man zu wirklich alternativen Treibstoffmodellen kommt, die unschlagbare Energiedichte herkömmlicher Treibstoffe bei relativ simpler Handhabung ist halt nicht ganz so einfach billig nachzuahmen, denn die Kosten sind halt doch immer wieder der Hauptfaktor.

 

Einen kurzen Einstieg und Überblick kann man bei der DLR finden.

Share this post


Link to post
Share on other sites