Was passiert unter der Motorhaube eines Wasserstofffahrzeugs? Auch wenn viele Menschen den Begriff "Wasserstoffmotor" verwenden, handelt es sich bei Wasserstofffahrzeugen in Wirklichkeit um Elektromotoren, die mit Wasserstoff betrieben werden. Wasserstoff-Lkw, -Pkw, -Zugmaschinen usw. sind in der Tat Elektrofahrzeuge, genauer gesagt Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV).
Im Gegensatz zum "herkömmlichen" Elektrofahrzeug (das eigentlich als Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) bezeichnet werden sollte) - dessen Strom während des Aufladens in der Batterie gespeichert wird - erzeugt das "Wasserstoff-Elektrofahrzeug" seinen eigenen Strom mit Hilfe einer Wasserstoff-Brennstoffzelle.
Um ein Wasserstofffahrzeug zu nutzen, muss der Benutzer den Wasserstofftank auffüllen, anstatt die Batterie aufzuladen.
Es gibt zwei Arten von Wasserstoffantriebstechniken:
- Das FCEV: ein Elektrofahrzeug mit einem von einer Brennstoffzelle angetriebenen Elektromotor - die meisten heute erhältlichen Wasserstofffahrzeuge verwenden diese Technologie,
- Der ICE: Ein Fahrzeug mit einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor. Diese Technologie, die noch nicht auf dem Markt ist, befindet sich in der Forschungs- und Entwicklungsphase und interessiert Hersteller wie Toyota, Porche und MAN. Bei dieser Art von Motor würde ein Großteil des Betriebssystems des derzeitigen Motors beibehalten und es wären nur minimale Anpassungen an den Fahrzeugen erforderlich.
Wodurch wird die Leistung eines Wasserstoffmotors bestimmt?
Bei FCEVs gibt es mehrere Konstruktionsparameter, die die Leistung eines Fahrzeugs bestimmen:
- Batteriekapazität (in kWh)
- Leistung der Brennstoffzelle (in kW)
- Wasserstoffspeicherkapazität (in kg)
- Gesamtmotorleistung in (kW)
Je nach Einsatzzweck des Fahrzeugs konzipieren die Hersteller verschiedene Konfigurationen dieser vier Elemente.
Gasförmiger oder flüssiger Wasserstoff?
Dies sind die beiden Arten der Wasserstoffspeicherung, die je nach Einsatzzweck des Fahrzeugs ihre Vor- und Nachteile haben. Mit flüssigem Wasserstoff können Sie viermal mehr Wasserstoff speichern, aber die Verflüssigung von Wasserstoff führt aufgrund des zusätzlichen Verflüssigungsvorgangs zu einer geringeren Energieausbeute. Außerdem muss er, sobald er im Auto ist, sehr schnell verbraucht werden, bevor er wieder zu Gas wird und sich ausdehnt. Das bedeutet, dass es entweder verbraucht oder evakuiert werden muss ... und verloren ist!
Wie genau funktioniert eine Brennstoffzelle?
Es gibt mehrere Arten von Brennstoffzellen, die Brennstoff in Energie umwandeln. Die gebräuchlichste ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle, die Wasserstoff (den Brennstoff) durch die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff in Strom (die Energie) umwandelt.
Dieser Prozess, der sofort abläuft, treibt den Elektromotor an, wobei nur Wasser freigesetzt wird.
Technisch gesehen nutzt die Brennstoffzelle eine "Redox"-Reaktion zur Stromerzeugung. Sie besteht aus zwei Elektroden: einer oxidierenden Anode (die Elektronen abgibt) und einer reduzierenden Kathode (die Elektronen auffängt), die durch einen Elektrolyten getrennt sind, der die Ionen direkt von einer Elektrode zur anderen leitet und die Elektronen blockiert, so dass sie durch den externen Kreislauf der Batterie fließen müssen.
Der Tank versorgt die Anode kontinuierlich mit Wasserstoff, während die Kathode Sauerstoff (aus der Luft) aufnimmt.
Durch die Anode wird der Brennstoff oxidiert und setzt Elektronen frei, die durch den ionengeladenen Elektrolyten (der die beiden Elektroden trennt) gezwungen werden, durch einen externen Stromkreis zu fließen. Dieser externe Stromkreis liefert somit einen kontinuierlichen elektrischen Strom, der den Motor antreibt.
Nach der Wiedervereinigung in der Kathode rekombinieren die Ionen und Elektronen mit Sauerstoff. Diese Kombination bewirkt eine Reduktion, bei der - zusätzlich zum elektrischen Strom - Wärme und reiner Wasserdampf entstehen, der in Form von Gas durch ein kleines Rohr unter dem Fahrzeug entweicht, entweder während der Fahrt oder durch Drücken eines Knopfes am Ende der Fahrt.
- Der Tank versorgt die Anode kontinuierlich mit Wasserstoff, während die Kathode mit Sauerstoff (aus der Luft) versorgt wird.
- Durch die Anode wird der Kraftstoff oxidiert und setzt Elektronen frei, die durch den ionengeladenen Elektrolyten (der die beiden Elektroden trennt) in einen externen Stromkreis geleitet werden. Dieser externe Stromkreis liefert somit einen kontinuierlichen elektrischen Strom, der den Motor antreibt.
- Nach der Wiedervereinigung in der Kathode rekombinieren die Ionen und Elektronen mit Sauerstoff. Diese Kombination führt zu einer Reduktion, bei der - zusätzlich zum elektrischen Strom - Wärme und reiner Wasserdampf entstehen, der in Form von Gas durch ein kleines Rohr unter dem Fahrzeug entweicht, entweder während der Fahrt oder durch Drücken eines Knopfes am Ende der Fahrt.
Der Betrieb eines Wasserstoffmotors emittiert also nur reines Wasser und ist völlig sauber, vorausgesetzt, es wird ein völlig sauberer Wasserstoffkraftstoff verwendet.
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