Burn Baby Burn

Ich habe mich ja schon mit meiner Vorstellung der mobilen Zukunft befasst. Meiner Ansicht nach sind Akkus als Energiespeicher aufgrund der geringen Speicherkapazität für Autos ungeeignet und wenn dann eher etwas für -Bikes oder das Elektroäquivalent zu einem Mofa oder Moped. (Viel schneller als 45 km/h die ein Moped erreicht möchte zumindest ich persönlich auch nicht mit einem Zweirad unterwegs sein, denn wenn dann ml die Straßenverhältnisse schlecht sind oder man plötzlich ausweichen muss dann legt es einen beim Bremsen nicht nur hin, sondern das kann dann auch lebensgefährlich werden. Zudem kommt man zumindest innerorts heute auch nicht schneller als mit maximal 45 km/h vorwärts).

Nun ist aber Erdöl begrenzt. Das sind alle fossilen Treibstoffe, aber Erdöl ist am knappsten und die Vorhersagen über Vorräte am geringsten. Man sollte also beizeiten nach einem Ersatz suchen. Theoretisch kann man Erdöl synthetisch herstellen, das hat man auch schon getan (in Deutschland zu Kriegszeiten in Südafrika wegen eines Embargos) aber es ist ineffizient und das so erzeugte Erdöl wird recht teuer sein.

Die für mich am ehesten realisierbare Technologie sehe ich Brennstoffzellen. Brennstoffzellen sind heute auch „in“, was mich ein bisschen wundert, denn als ich vor 35 Jahren mich erstmals mit Raumfahrt beschäftigte erfuhr ich das die schon bei Apollo eingesetzt wurden, was damals auch schon 10-15 Jahre zurücklag. Also nach 50 Jahren ist die Raumfahrt noch der Automobilindustrie voraus – bei den Bordcomputern wird es bald umgekehrt sein (der schnellste weltraumtaugliche Prozessor erreicht 200 MHz…).

Brennstoffzellen oder was manchmal auch genommen wird die nicht ganz korrekte 1:1 Übersetzung aus dem Englischen Fülllzellen verbrennen einfach einen Stoff, nur wird die freigesetzte Energie zumindest zum Teil in Strom umgewandelt weil für den Verbrennungsvorgang Elektronen von einer Elektrode zur anderen fließen müssen. Sie benötigen dazu Sauerstoff wie ein Verbrennungsmotor auch. Die Energie ist chemische Energie. Der Strom kann dann einen Elektromotor antreiben. Der Wirkungsgrad ist heute mit 40% nicht sehr hoch, doch ein Ottomotor hat auch keinen höheren. Der Elektromotor hat dagegen einen hohen Wirkungsgrad, braucht meistens deutlich weniger Leistung als ein Ottomotor und der Strom für die vielen elektrischen Verbraucher muss nicht aus der mechanischen Energie des Ottomotors erzeugt werden. So dürfte in der Summe sicher eine Brennstoffzelle nicht schlechter, vielleicht sogar besser als die heutigen Motoren dastehen.

Für das Auto muss der Treibstoff lagerbar sein. Wasserstoff, der in der Raumfahrt eingesetzt wird kommt also nicht in Frage. Was sich eignet sind Füllzellen aus Methanol. Für Laptops hat man schon experimentelle Brennstoffzellen entwickelt die dann einen Akku ersetzen. Der Vorteil ist das man eine kleine Flasche mit 25 bis 50 ml Methan anstatt einem schweren Akku braucht. Die Effizienz wird dadurch limitiert, dass zum einen selbst mit Katalysatoren es eine Temperatur von mindestens 80-100° für die Reaktion braucht, man also Energie in Form von Wärme verliert, es zu Diffusionsvorgängen von Methanol durch die Membran kommt und Kohlendioxydbläschen auch die Reaktionsoberfläche teilweise bedecken.

Methanol ist der einfachste Alkohol. Durch das zusätzliche Sauerstoffatom ist der Energiegehalt allerdings kleiner. Theoretisch sind es 19,7 kJ/kg, Benzin liegt bei etwa dem doppelten Energiegehalt. Direktes Methanol kann allerdings nicht in Brennstoffzellen eingesetzt werden, sondern nur eine wässrige Lösung. Es existieren schon Brennstoffzellen als Stromversorger für Insellösungen (z.B. beim Wochenendhaus ohne Stromanschluss. Da liefert ein 10 l Kanister etwa 9,1 kWh. Das ist bezogen auf den Roh-Energiewert recht schlecht (10 l Benzin lägen theoretisch bei über 100 KWh), jedoch bei der nutzbaren Energie sieht es schon besser aus. Die Energiedichte von etwa 1 KWh/kg ist zumindest etwa 5-mal größer als die von Akkus. Mithin braucht man 5-mal weniger Gewicht. Zudem könnte man es wie Benzin in einem Tank unterbringen. Die Batteriekapazitäten von heutigen Elektroautos liegen bei 40 bis 90 KWh, so was wiegt selbst bei den besten Lithiumakkus (200 W/h/kg) dann schon 200 bis 450 kg. Sie wären durch eine wässrige Methanol-Lösung von 4,5 bis 10 kg Gewicht zu ersetzen und eine normale Tankfüllung hätte dann auch die heutige Reichweite eines Autos.

Theoretisch könnte man das noch optimieren. Das Wasser verdampft bei den Temperaturen in der Brennstoffzelle, ist aber nicht viel heißer als 100″. Man müsste es leicht auskondensieren können und bräuchte dann eben zwei Tanks – einen für das Wasser und einen für das Methanol, aus denen müsste man dann die wässrige Lösung herstellen können.

Was offen ist und was wohl die Hersteller beantworten müssen isst, wie langlebig Brennstoffzellen sind und wie sie mit einem schnell wechselnden Antriebbedarf zurechtkommen. Die Brennstoffzellen die ich fand, sind eher für niedrige Dauerlast ausgelegt. Die Brennstoffzellen des Space Shuttles waren aber in der Last gut regulierbar lieferten bis zu 28 kW und konnten 3 Wochen am Stück betrieben werden. Ein Auto könnte in der Zeit rund 67.000 km zurücklegen und ich vermute man hat sie nicht nach jeder Mission erneuert.

Was ich allerdings noch lieber sehen würde als Autos mit Brennstoffzellen wären Mofas und Mopeds mit Brennstoffzellen. Wegen der Effizienz (siehe letzter Blog zum Thema) und weil der enorm laute Motor dieser Fahrzeuge für mich der Hauptnachteil ist. Die sind oft viel lauter als ein Auto mit viel mehr PS.

burn that mama down.