Sven Geitmann - Wasserstoff und Brennstoffzellen

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1 Einleitung: Rettet Wasserstoff das Klima?

2 Energieversorgung von der Steinzeit bis heute

2.1 Der Energiebedarf wächst

2.2 Heutige Energiequellen

2.2.1 Primärenergie: Bedarf und Quellen

2.2.2 Strom: Musterkind der Energiewende

2.2.3 Wärme: Seit Jahrzehnten kaum Bewegung

2.2.4 Mobilität: Verkehrswende kommt in Sicht

2.2.5 Sektorenkopplung: Alle zusammen statt jeder für sich

2.3 Grenzen der heutigen Energieversorgung

2.3.1 Treibhausgase und Klimawandel

2.3.2 Die Endlichkeit fossiler Brennstoffe

2.3.3 Schadstoffe und andere Umweltbelastungen

2.4 Ausweg Atomenergie?

2.5 Das richtige Timing: Speicher und Lastmanagement

2.6 Zukunftsszenarien für die Energiewende

2.7 Der Beginn der solaren Wasserstoffwirtschaft

2.8 Die Nationale Wasserstoffstrategie

3 Wasserstoff und seine Eigenschaften

3.1 Eigenschaften

3.1.1 H 2-Konfiguration

3.1.2 Wasserstoff im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen

3.2 Wasserstoff und Sicherheit

3.2.1 Knallgasreaktion

3.2.2 Materialwechselwirkungen

4 Gewinnung von Wasserstoff

4.1 Zukünftiger Wasserstoffbedarf

4.2 Herstellungsprozesse im Überblick

4.2.1 Die Elektrolyse: Hoffnungsträger für grünen Wasserstoff

4.2.2 Reformierung von Kohlenwasserstoffen

4.2.3 Pyrolytische Prozesse auf Basis fester Kohlenwasserstoffe

4.2.4 Methanpyrolyse: Ein Traum in türkis

4.2.5 Kværner-Verfahren

4.2.6 Mikrobiologische Herstellung: Von Natur aus grün

4.2.7 Dissoziation: Wasserstoff aus dem Solarturm

4.2.8 Methanhydrat: Wasserstoff aus der Tiefsee?

4.3 Reinigung

4.3.1 Anforderungen an die Reinheit

4.3.2 Wichtige Reinigungsverfahren im Überblick

4.4 Herstellungskosten

5 Speicherung von Wasserstoff

5.1 Gasdruckbehälter

5.2 Kryogenbehälter

5.3 Metallhydrid

5.4 Nanoröhrchen

5.5 Flüssige Wasserstoffträger: Carbazol & Co

5.6 Unterirdische Kavernen

5.7 Einspeisung ins Gasnetz: Beimischung

5.8 Einspeisung ins Gasnetz: Methanisierung

6 Transport

6.1 Gastransport mit Fahrzeugen

6.2 Flüssigtransport per Lkw, Bahn oder Schiff

6.3 Pipelines

7 Tankstellen-Infrastruktur

7.1 Aufbau eines Tankstellennetzes

7.2 Belieferung der Tankstellen

7.3 Fahrzeugbetankung

7.3.1 Betankung mit gasförmigem Wasserstoff

7.3.2 Betankung mit flüssigem Wasserstoff

8 Sicherheit

8.1 Vorsichtsmaßnahmen

8.1.1 Brand- und Explosionsverhalten

8.1.2 Maßnahmen im Brandfall

8.1.3 Atemwege und Hautkontakt

8.2 Unfallszenarien und Lerneffekte

8.2.1 Lkw-Unfälle

8.2.2 Pkw-Brandversuche

8.2.3 Lachenbildung und Verdampfung

9 Brennstoffzelle

9.1 Grundsätzliche Funktionsweise

9.2 Effizienz von Brennstoffzellen

9.3 Typen von Brennstoffzellen

9.3.1 PEM-Brennstoffzelle

9.3.2 Alkalische Brennstoffzelle (AFC)

9.3.3 Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC)

9.3.4 Phosphorsäure-Brennstoffzelle (PAFC)

9.3.5 Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC)

9.3.6 Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC)

9.3.7 Festsäure-Brennstoffzelle (SAFC)

9.3.8 Mikrobielle Brennstoffzelle

9.4 Brennstoffe – alternative Energieträger

9.4.1 Erdgas und biogenes Methan

9.4.2 Flüssiggas

9.4.3 Biogas, Klärgas & Co .

9.4.4 Methanol

9.5 Kosten von Brennstoffzellen

9.6 Chancen und Herausforderungen

10 Einsatzgebiete

10.1 Mikro und Mini

10.2 Portable Einheiten

10.3 Back-up-Systeme und Offgrid-Anwendungen

10.4 Hausenergieversorgung

10.5 Kraftwerksbetrieb

10.6 Fahrzeuge

10.6.1 Pkw

10.6.2 Lkw

10.6.3 Busse

10.7 Luftfahrt

10.8 Raumfahrt

10.9 Schifffahrt

11 Wasserstoffmotor

11.1 Funktion des Wasserstoffmotors

11.2 Eigenschaften des Wasserstoffmotors

11.3 Herausforderungen bei H 2-Motoren

11.4 Umweltbilanz

11.5 Autos mit H 2-Motor

12 Wasserstoff für die Industrie

13 Katalytischer Brenner

14 Kosten der Wasserstofftechnologien

15 Fazit und Ausblick

16 Anhang

16.1 Abkürzungen

16.2 Einheiten/Formelzeichen

16.3 Elemente

16.4 Geschichte

16.5 Umrechnungstabelle Wasserstoff

16.6 Kennwerttabelle

16.7 LH 2-Sicherheitsmaßnahmen

Literatur

Index

Autoren