Alternativen zum eAuto

[dev]

https://www.sunfire.de/de/unternehmen/presse/detail/blue-crude-sunfire-produziert-nachhaltigen-erdoelersatz

 

Ökostrom + CO2 + Wasser => syntetisches Öl

 

Vorteil:

- könnte wie bisher transportiert, gelagert und getankt werden

 

Nachteil:

- weiterhin Verbrennungsmotoren, aber wohl sauberer

 

ERSTE KOMMERZIELLE BLUE CRUDE-PRODUKTION ENTSTEHT IN NORWEGEN

https://www.sunfire.de/de/unternehmen/presse/detail/erste-kommerzielle-blue-crude-produktion-entsteht-in-norwegen

[reko]

vor 36 Minuten schrieb dev:

https://www.sunfire.de/de/unternehmen/presse/detail/blue-crude-sunfire-produziert-nachhaltigen-erdoelersatz

 

Ökostrom + CO2 + Wasser => syntetisches Öl

 

Jeder Verbrennungsmotor der nicht mit reinen Sauerstoff betrieben wird, muss zwangsläufig Stickoxyde produzieren. Je effizienter er ist, um so höhere Verbrennungstemperaturen benötigt er und um so mehr Luftstickstoff reagiert.

Auch Ruß lässt sich mit Kohlenstoff reichen Verbindungen nicht ganz verhindern. Ob der Treibstoff synthetisch hergestellt wird spielt keine Rolle.

 

Die Alternative ist:

Ökostrom + CO2 + Wasser => Methanol

Methanol + Brennstoffzellle => sauberes Auto

 

Brennstoffzellen sind theoretisch und inzwischen auch praktisch effizienter als Verbrennungsmotoren. Aktuell sind Brennstoffzellen aber leider teurer als Verbrennungsmotoren oder Akkus.

Aktuell ist es billiger Methanol aus Erdgas zu erzeugen. Würde man die großen Mengen industriell benötigten Methanol oder Ammoniak aus Ökostrom erzeugen, hätte das den gleichen Effekt auf die CO2 Bilanz wie synthetisches CO2 neutrales Benzin.

[Pale horse]

Ich denke was wir da sehen ist nicht unbedingt als alternative zum E-Auto zu sehen. Ob sich e-Autos durchsetzen werden hängt meines Erachtens hauptsächlich davon ab, wie sich der Batteriesektor entwickelt und welche technische Verbesserungen bei Verbrennern oder alternativen Antrieben (Brennstoffzelle) auf uns warten.

 

Interessant ist oben genannte Technologie trotzdem, allerdings eher als dezentraler Energiespeicher in Form von Kohlenwasserstoffen an Orten in denen man Strom im Überfluss hat (es ist sicher kein Zufall, dass die Anlage in Norwegen steht). Um das besser Einordnen zu können:

 

- Auf der Sunfire-Homepage steht, dass in einer Anlage in Dresden bereits 3 Tonnen Kraftstoffe hergestellt wurden (1500 h Betriebszeit). Die Betriebszeit ist natürlich schon was, aber die Menge ist eigentlich vernachlässigbar. Da ergeben sich noch erhebliche Scale-Up-Risiken, die teuer werden können

- Der angepeilte Literpreis liegt unter zwei Euro. Da der Preis aktuell angepeilt ist, kann man davon ausgehen, dass es nicht billiger wird und wahrscheinlich das Ziel nicht ganz erreicht wird. Da sieht man schon mal, dass der Kraftstoff zu fossilem Kraftstoff aktuell nicht konkurrenzfähig ist. Unter solchen Umständen ist es dann auch nicht ganz einfach das Geld für eine Weiterentwicklung der Technologie zu bekommen.

 

So wie ich das verstehe entstehen die Kohlenwasserstoffe im Endeffekt durch Fischer-Tropsch-Synthese. Es wird spannend zu sehen, ob sich FTS irgendwann wirtschaftlich durchsetzen kann, aktuell sehe ich das aber noch nicht.

[reko]

Wenn man viel Ökostrom produziert, dann braucht man auch eine saisonale Speichermöglichkeit. Chemische Energiespeicher sind dafür prädestiniert. Allerdings kann ich nicht erkennen warum man dafür höher molekulare Kohlenwasserstoffe verwenden soll. Der einzige Vorteil ist, dass wir derzeit eine gute Infrastuktur dafür haben.

 

Mit Biogas haben wir bereits einen chemischen Energieträger. Nur leider reichen die vorhandenen Speicher nur für Tage statt Monate. 

Statt Kohlenwasserstoffe aus Strom zu erzeugen wäre es mM sinnvoller dafür Biogas zu verwenden.

[dev]

vor 41 Minuten schrieb reko:

Methanol + Brennstoffzellle => sauberes Auto

Die hatte ich ganz aus den Augen verloren.

Methanol  ließe sich jedenfalls auch lagern und viel schneller tanken als ein Accu laden und man könnte die eAntriebe weiterhin nutzen, klasse.

 

Edit: https://www.wiwo.de/technologie/forschung/co2-recycling-methanol-statt-ethanol/6642990-4.html

[Pale horse]

vor 31 Minuten schrieb reko:

Die Alternative ist:

Ökostrom + CO2 + Wasser => Methanol

Methanol + Brennstoffzellle => sauberes Auto

 

Brennstoffzellen sind theoretisch und inzwischen auch praktisch effizienter als Verbrennungsmotoren. Aktuell sind Brennstoffzellen aber leider teurer als Verbrennungsmotoren oder Akkus.

Aktuell ist es billiger Methanol aus Erdgas zu erzeugen. Würde man die großen Mengen industriell benötigten Methanol oder Ammoniak aus Ökostrom erzeugen, hätte das den gleichen Effekt auf die CO2 Bilanz wie synthetisches CO2 neutrales Benzin.

 

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die Herstellung von Wasserstoff mit Ökostrom und dessen Umsetzung in einer Brennstoffzelle auch eine Möglichkeit ist. Um das Thema Wasserstoff ist es allerdings in letzter Zeit etwas ruhiger geworden, wobei soweit ich weiß die Hauptprobleme in der Energiedichte (Gasförmig, nicht flüssig) und den daraus resultierenden hohen Drücken und den Eigenschaft bei Lagerung/Transport zu finden sind. Man könnte meinen, wenn man Erdgas im Griff hat, hätte man auch Wasserstoff im Griff, der diffundiert aber leider aufgrund seiner geringen Molekülgröße viel schneller ...

[reko]

@Pale horse

Wasserstoff und Methanolbrennstoffzellen sind oft das Gleiche, da Methanol oft vor der Verwendung in Wasserstoff umgewandelt wird. Methanol ist nur eine Möglichkeit um Wasserstoff besser handhabbar zu machen. Die Direktmethanol-Brennstoffzelle ist nur für kleine Leistung sinnvoll. Bei den SolidOxide-Brennstoffzellen (mM die z.Z. vielversprechendste Technologie) findet die Umwandlung direkt in der 650–1000 °C heißen Brennstoffzelle statt. Dieser Zelle ist es egal ob sie Wasserstoff oder Methanol bekommt.

 

Das Problem mit Wasserstoff ist die sehr niedrige kritische Temperatur, die zum Verflüssigen erforderlich ist. Auch als Gas benötigt das kleine Wasserstoff Molekül (0,0899 kg/m³)  sehr viel mehr Platz als z.B. Methan (0,72 kg/m³) oder Propan (2,037 kg/m³).

Wie Du sagst diffundiert das kleine Wasserstoffmolekül sehr leicht. Das Problem ist noch nicht mal der Gasverlust, sondern dass er dabei das Behälter/Rohrleitungs-material versprödet.

[magicw]

vor 8 Minuten schrieb reko:

Das Problem ist noch nicht mal der Gasverlust, sondern dass er dabei das Behälter/Rohrleitungs-material versprödet.

dafür muß er aber atomar vorliegen, damit er sich ins Metall einlagert. Im tank liegt er ja als Molekül vor. 

[Pale horse]

vor 9 Minuten schrieb reko:

@Pale horse

Wasserstoff und Methanolbrennstoffzellen sind oft das Gleiche, da Methanol oft vor der Verwendung in Wasserstoff umgewandelt wird. Methanol ist nur eine Möglichkeit um Wasserstoff besser handhabbar zu machen. Die Direktmethanol-Brennstoffzelle ist nur für kleine Leistung sinnvoll. Bei den SolidOxide-Brennstoffzellen (mM die z.Z. vielversprechendste Technologie) findet die Umwandlung direkt in der heißen Brennstoffzelle statt.

 

Das Problem mit Wasserstoff ist die sehr niedrige kritische Temperatur, die zum verflüssigen erforderlich ist. Auch als Gas benötigt das kleine Wasserstoff Molekül (0,0899 kg/m³)  sehr viel mehr Platz als z.B. Methan (0,72 kg/m³) oder Propan (2,037 kg/m³).

Wie Du sagst diffundiert das kleine Wasserstoffmolekül sehr leicht. Das Problem ist noch nicht mal der Gasverlust, sondern dass er dabei das Behälter/Rohrleitungs-material versprödet.

 

Danke für die Richtigstellung und Ergänzung. Als ich mich das letzte mal damit auseinander gesetzt habe, war noch nicht so klar, dass die DirektmethanolBSZ nur für kleine Leistungen sinnvoll ist - oder ich habe es nicht mitbekommen. Die Erwähnung von Wasserstoff erscheint mir trotzdem sinnvoll. Man hat das ja zumindest lange in Erwägung gezogen, den Wasserstoff direkt zu speichern (und eben nicht Methanol, welches vor Ort in H_2 umgewandelt wird). Es gab dazu ja auch Pilotprojekte dazu mit wasserstoffbetriebenen Bussen in verschiedenen Städten. Ob das Thema sich allerdings jetzt nachhaltig aufgrund der genannten Nachteile erledigt hat weiß ich aber nicht.

[reko]

vor einer Stunde schrieb magicw:

dafür muß er aber atomar vorliegen, damit er sich ins Metall einlagert. Im tank liegt er ja als Molekül vor. 

 

Der noch kleinere atomare Wasserstoff diffundiert noch viel schneller, verbindet sich im Material dann zu H2 und kommt dann nicht mehr so leicht wieder heraus. Aber auch molekularer Wasserstoff diffundiert. Die Geschwindigkeit ist natürlich Material abhängig. Wasserstoff wird z.B. in Stahlflaschen gelagert. Man braucht aber z. B. auch Dichtungen und Gussteile. Nach meinen Kenntnisstand darf Wasserstoff aus Materialgründen nur in begrenzer Menge ins Ergasnetz eingespeist werden.

Einige Radikale können vermutlich auch im molekularen Wasserstoff entstehen.

wiki/Wasserstoffspeicherung

Zitat

Beispielsweise leert sich der halbvolle Flüssigwasserstofftank des BMW Hydrogen7 bei Nichtbenutzung in 9 Tagen

...

Die Probleme der Speicherung in Druckbehältern gelten heute als gelöst. Durch den Einsatz von neuen Materialien ist der effektive Schwund durch Diffusion stark verringert.

...

Geeignet als Wasserstoffträger sind insbesondere Alkohole, z. B. Methanol

 

[magicw]

Mein Kunde hat Carbonfaser-Tanks - bin mir nicht sicher ob es nur die Ummantelung ist oder der Speicher ausschließlich damit gebaut wird (vermutlich nicht). Allerdings ist das Kraftstoffsystem nicht mein Verantwortungsgebiet, daher hab ich nur Halbwissen 

 

Aber mir gings ja um die Metalversprödung die du genant hast. Die sollte m.E. nicht das hauptsächliche Problem sein, eben weil es bereits als H2 vorliegt und nicht als Radikal H+

 

Nichtsdestotrotz sehe ich die Brennstoffzellen trotz der langen und wenig gepushten Verbreitung als sinnvolle Alternative zu reinen BEVs - eben auch weil schon viele OEMs zumindest an Studien arbeiten. Und mit dem Toyota Mirai eine erste marktfähige Variante. 

 

Passend hierzu ein quasi druckfrischer Bericht von vorgestern: https://www.produktion.de/nachrichten/unternehmen-maerkte/toyota-vor-grossserienproduktion-von-brennstoffzellen-250.html 

[reko]

Bisher ist das Rennen um den Zellentyp nicht entschieden. Die früher favorisierten Proton-exchange membrane Brennstoffzellen (z.B. von Ballard oder im Toyota Mirai) brauchen reinen Wasserstoff, Platingruppen Katalysatoren und sind empfindlich auf Katalysatorvergiftungen.

 

Solche Neuentwicklungen brauchen einfach viel Zeit. Bei den Batterien hat man nur eine vorhandene Technologie adaptiert. Für die Autohersteller ist der Brennstoffzellenstack aber nur ein Zulieferbauteil.

 

Lit: Toyota MIRAI Fuel Cell Vehicle and Progress Toward a Future Hydrogen Society

https://www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum15/sum15_p45_49.pdf

Zitat

 the amount of Pt in the catalyst is still not low enough

...

Toyota has announced the royalty-free use of approximately 5,680 fuel cell related patents until the end of 2020, including critical technologies developed for the new Toyota MIRAI17. 

 

Seite 1 ein Vergleich PEMFC vs. SOFC,

Power-to-gas and SOFC for mobility

https://www.vtt.fi/sites/maranda/Documents/Thomann_public.pdf

 

Nissan hat ein Ethanol SOFC Auto (Brasilien hat ein gut ausgebautes E100 Tankstellennetz)

Nissan, Honda und Cummins haben mit Ceres Power Verträge

Ceres Power unveils 5 kW SteelCell SOFC stack, V5 SteelCell technology

Zusammen mit einen Akku reicht dieser kleine 5kW Stack für einen Van.

[reko]

Energiforsk, TECHNOLOGY REVIEW – SOLID OXIDE FUEL CELL REPORT 2017 (pdf)

Zitat

2 Significant European SOFC research projects aiming for the vehicle industry 14
2.1 FCH-JU (EU) 14
2.1.1 SAFARI 14
2.1.2 SUAV 14
2.1.3 DESTA 15
2.1.4 SAPIENS 16
2.2 NIP (Germany) 16

 

3. Companies working with SOFCs for transport 17
3.1 DELPHI (USA) 17
3.2 FuelCell Energy (USA) 18
3.3 Materials and systems research, Inc (USA) 19
3.4 Protonex (USA) 20
3.5 Ultra USSI (USA) 20
3.6 AVL (Austria) 21
3.7 Ebersprächer (Germany) 22
3.8 Catator (Sweden) 22

...

Daimler, GM and BMW are expected to launch FC cars around 2020

... 

The electrical efficiency is over 60% for a 1.5 kW SOFC CHP system that is available for purchase (SolidPower).

A 200 kW SOFC system under development by SOFCMAN in China reached 72.5 % (LHV) electrical 
efficiency.

...

High temperature operation offers many advantages, such as high electrochemical reaction rate, flexibility of using various fuels and tolerance for impurities. The main advantage of the SOFC (compared to the polymer electrolyte fuel cell (PEFC)) is the outstanding high electrical efficiency.

Über doppelt so effizient wie ein Dieselmotor,

der beste mit Brennstoffzellen z.Z erreichbare Wirkungsgrad,

kann mit verschiedenen Treibstoffen betrieben werden und

benötigt kein Platin.

Die Abwärme kann für Heizung, Klimaanlage oder eine Gasturbine genutzt werden.

[Dandy]

Wasserstoffsynthese aus Solarenergie mit Wirkungsgrad von knapp 20%. Das zeigt, dass auch für die Wasserstoffgewinnung gute Wirkungsgrade möglich sind und die Forschung hier erst am Anfang steht, im Gegensatz zur etablierten Stromerzeugung. Natürlich ist das noch alles Foschungsstand und es sind Laborergebnisse fernab von der großindustriellen Gewinnung, aber dennoch vielversprechend.

 

Solche Anlagen in Gegenden mit viel Sonne und Wasser, wie die Küsten Nordafrikas (oder beschränkt auch Südeuropas) könnten die sauberen Energiequellen der Zukunft darstellen. Jedenfalls wäre es zu hoffen, bevor wir alle in unseren eigenen Abgasen ersticken (wie zum Beispiel durch mit Kohlekraft betriebene Elektroautos in China).

[reko]

vor 8 Stunden schrieb Dandy:

Wasserstoffsynthese aus Solarenergie mit Wirkungsgrad von knapp 20%. Das zeigt, dass auch für die Wasserstoffgewinnung gute Wirkungsgrade möglich sind und die Forschung hier erst am Anfang steht, im Gegensatz zur etablierten Stromerzeugung. Natürlich ist das noch alles Foschungsstand und es sind Laborergebnisse fernab von der großindustriellen Gewinnung, aber dennoch vielversprechend.

"Weltrekord in der Wasserspaltung, Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umgesetzt". Bemerkenswert ist, dass Solarzelle und Elektrolyse in einer Struktur vereint wurden.

Die 20% Wirkungsgrad sind so gut wie bei den besten handelsüblichen Solarzellen.

 

Allerdings wurde eine Gallium Tandemzelle benutzt. Vergleichbare Solarzellen erreichen 30% Wirkungsgrad. Mit einen atmosphärisch betriebenen Elektrolyseur sind 85% Wirkungsgrad erreichbar (Quelle,S11). Zusammen ist das mit 25% besser als der neue Weltrekord.

 

Das aktuelle Problem bei Wasserstoff Elektrolyse und Brennstoffzelle ist die Katalyse. Ich gehe davon aus, dass die Nanotechnik hier noch große Fortschritte ermöglicht. Auch im Artikel werden "katalytisch aktiven Rhodium-Nanopartikeln" erwähnt. Dabei müssen nicht zwangsläufig Platingruppenelemente benutzt werden. Mit Nanopartikeln können dafür auch andere Elemente benutzt werden.