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Wasserstofftechnologie > Energetische Nutzung > Flashcards

Energetische Nutzung Flashcards

1
Q

Vorteil der BSZ gegenüber Batterien

A

Zufuhr der Reaktanden von außen -> wesentlich größere elektrische Leistungsbereiche

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2
Q

Hohe Betriebstemperaturen einer BSZ nicht erforderlich da…

A

keine Beschränkung des Carnot-Wirkungsgrad

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3
Q

BSZ für Handys

A

Höhere Speicherkapazität als Batterien

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4
Q

Edukte Produkte einer BSZ

A

H2 O2

H20, elektrischer Strom

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5
Q

Funktionsprinzip einer BSZ

A

Direkte Umwandlung der chemischen Energie in Elektrizität. Reaktionspartner sind durch einen Elektrolyt getrennt, 2 Elektroden an jeder Seite.

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6
Q

Elektrolyt: Eigenschaften

A

Leitet Ionen, verhält sich aber gegenüber Elektronen als Isolator.

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7
Q

Anode einer BSZ: Reaktionspartner, Rolle, Reaktion

A

H2
Erzeugt + Ionen, elektronen gehen zur Anode.
2H2 -> 4H+ + 4e

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8
Q

Kathode einer BSZ: Reaktionspartner, Rolle, Reaktion

A

O2
Erzeugt - Ionen, e kommen von der Kathode
4H+ + O2 + 4e -> 2H20

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9
Q

Stromkreis einer BSZ

A

Beide Teilreaktionen bewirken Potenzialdifferenz (äußeren Stromkreis). Über den Elektroly -> die Ionen finden zueinander und austaucschen elektronen. Ohne die Ionenleitung im ELektrolyten, ohne die Elektronenleitung im äußeren Kreis, oder mit thermodynamischen Gleichgewicht -> die Reaktion kommt zum Erliegen.

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10
Q

Theoretisch maximal erreichbare elektrische Spannung einer BSZ

A

Uth = Delta H^0_0 /nF=1.48V. Mittel- und Hochtemperatur: 1.25V. Gleiche T, gleiche p.

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11
Q

Reversibel maximal errreichbare Zellspannung einer BSZ

A

Urev=1.23V

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12
Q

Theoretischer Wirkungsgrad einer BSZ

A

eta_max=Urev/Uth 83% bei NB, 95 mit Wasserdampf

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13
Q

Praktische Zellspannungen einer BSZ

A

0.6-.9V

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14
Q

Spannungsverluste einer BSZ : Liste

A 
Spannungsdifferenz U_rev
Durchstrittspannung U_D (elektronen zw Elektrolyt und Elektroden)
Widerstandsspannung U_R (Mischpotenzial an Kathode oder Ohmsche Verluste)
Konzentrationspannung U_Diff (wenn Abführung der Edukte mit kleinerer Geschw als die elektrochemische Reaktion)
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15
Q

Gesamtwirkungsgrad der Spannung einer BSZ

A

eta=eta_max eta_U wobei eta_U=U/Urev

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16
Q

Gesamtwirkungsgrad des Stroms einer BSZ

A

Faraday’sche Wirkungsgrad eta_I,i=I/(nFN_i)

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17
Q

Niedertemperatur-Brennstoffzellen: allgemein

A

T<100°C

Katalysator und hohe Brenngasreinheit erfordert

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18
Q

Niedertemperatur-Brennstoffzellen: Typen

A

Alkalische Brennstoffzelle AFC
Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle PEFC
Direkt-Methanol-Brennstoffzelle DMFC

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19
Q

AFC: Elektrolyt, Vorteil/Nachteil

A

Kalilauge

Höchste Wirkungsgrade aber unverträglich gegenüber CO2 -> kurzfristig

20
Q

PEFC: Elektrolyt, Bemerkungen

A

Dünne gasdichte protonenleitende Kunststoffmembrann aus perfluorierter sulforierter Polymerfolie, 100um
Braucht mindest Wassergehalt
Ist Elektrolyt + Katalysator (Platinschicht)

21
Q

PEFC: Vorteile

A

Kann Luft, Reformatgas. Aber CO-Dekativierung -> aufwendige Reinigung.
Wirkungsgrad vergleichbar mit AFC aber höhere Stromdichten

22
Q

PEFC: Entwicklung

A

Stark

Kostengünstigere Membrane, feinere Dottierung

23
Q

DMFC: allgemein

A

Fahrzeugbereich.
Ähnlich mit PEFC aber mit CH4.
Relativ einfacher Aufbau aber giftig.

24
Q

Mittel-Temperatur-Brennstoffzelle: T, Liste

A

200°C

Phosphorsaure Brennstoffzelle PAFC

25
Q

PAFC: Elektrolyt, Vorteil, Funktion, Nachteil, Anwendung

A 
Hochkonzentrierter Phosphorsäure H3PO4
Erlaubt CO2
=PEFC
Wirkungsgrad im Vergleich niedrig
Für Kraft-Wärme-Kopplung
26
Q

Hochtemperatur-Brennstoffzelle: Liste

A

Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle MCFC

Oxidkeramische Brennstoffzelle SOFC

27
Q

MCFC: T, Schmelzkarbonat-Formel, Elktrolyt

A

Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle
650°C
CO3–
Alkalikarbonatschmelzen in einer keramischen Matrix

28
Q

MCFC: Nachteil

A

Degradation der Kathode

CO3– hochkorrisiv-> Materialauswahl

29
Q

MCFC: Anwendungen

A

Blockheizkraftwerken 100kW->MW

30
Q

SOFC: T, Elektrolyt, Ion, Vorteil

A

1000°C, oxidionenleitende Keramik uA <RREIUM-ARbiliawerwm Zirkonoxid. Röhren
O–
Höhere Stromdichten als MCFC

31
Q

SOFC: Anwendungen

A

MW-Bereich

Umsetzung vom Erdgas direkt in elektrischen Strom -> H2, CO ; hohe Abgastemperatur: Turbinen

32
Q

Reinheitsanforderungen eines BSZsystems

A

steigern wenn T sinkt

33
Q

Wesentliche Eigenschaften der Verbrennung von H2

A
  1. Hohe T -> mögl. NO
  2. Weiter Brennbereich: magere Mischungen verbrennen Vollständig
  3. niedrige Zündenergie (stöch): zuverlssige Zündungen
  4. Kleiner Löschabstand: näher vom Wand
  5. Hohe Selbstzündungstemperatur: hohe Verdichtungen ohne Selbstzündung
  6. Hohe Flammengeschw: annähert das ideale Zyklus
34
Q

Strategien gegen NOx

A

Magere Verbrennung
Tiefere Temperaturen
Katalytische Brenner

35
Q

Mol Luft / mol H2 (stöch)

A

2.38

36
Q

Kolbenmotor: max Phi

A

0.2

37
Q

Kolbenmotor: Anforderungen

A

Neigung zur Frühzündung

Hohe Diffusivität

38
Q

Gasturbinen: Anforderungen

A

Teile zu modifizieren oder addieren
Sicherheit
Lebensdauer

39
Q

NOx bei Gasturbinen

A

viel kleiner als moderne und zukünftige Turbofans

40
Q

Bestehende Wärmekraftmaschinen

A

Gemisch vom Erdgas und H2

41
Q

Deutliche Unterschiede mit üblichen Brenngasen

A

Hohe Auftrieb bewirkt starke konvektive Aufwärtsströmung
Große Diffusionskoeffizient fördert diffusive Ausbreitung
Extrem kleine Zündenergie begünstigt spontane Zündung
Grosse Brennbarkeitsbereich erlaubt den weitgehend Ausbrand
Hohe Brenngeschw erhöht das Schadenpotenzial

42
Q

Methoden für Sicherheit

A

HAZOP Hazard and Operability Study
FMEA Failure Mode and Effects Analysis
SABINE

43
Q

HAZOP: wann, Prinzip

A

vom früh im Design bis zum spät im Betrieb

Team, sinnvolle Leitwörter

44
Q

FMEA: Zweck, Schritte

A

Präventive Qualitätssicherung

  1. Interdisziplinäre Teamarbeit
  2. Systembeschreibung
  3. Risikoanalyse in Spalten
  4. Risikobewertung: Auftreten A Bedeutung B ENtdeckung E * -> RPZ Risikoprioritätszahl <1000
  5. Maßnahme festleen
  6. Neubewertung
45
Q

SABINE

A

Stoffströme->HAZOP
System->FMEA
Für Prototypen und BSZ

46
Q

Determinitische Konsequenzanalyse: Definition, Analysenmethodik

A

Analysierung der Ereigniskette

  1. Gemischbildung (Geometrie, RB, Quelle)
  2. Risikopotenzial-Verbrennungsregime
  3. Verbrennungssimulation
  4. Konsequenzen: mechanische/htermische Lasten auf Strukturen/Personen

Wasserstofftechnologie (5 decks)

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