Ist Wasserstoff die ökonomische und ökologische Zukunft für unsere Mobilität?
In dieser Jahresfacharbeit wird diese Frage wissenschaftlich bearbeitet. Wie genau Wasserstoff funktioniert und was bei der Herstellung noch für Probleme auftreten, verrät euch das erste Kapitel. Darauffolgend gehe ich auf 4 Branchen ein, Autoindustrie, Flugzeugindustrie, Schiffindustrie und Nutzfahrzeugindustrie, hier beschreibe ich die derzeitigen Fortschritte und Technologiestände. Außerdem gehe ich auf die wirtschaftliche Rentabilität für Unternehmen als auch Privatpersonen ein, ob sich für diese ein Umstieg auf die Brennstoffzellentechnologie auszahlt. Weiters betrachte ich die Umweltbilanz der jeweiligen Mobilitätsformen.
Ein weiterer Punkt meiner wissenschaftlichen Arbeit, ist die Analyse der verschiedenen Unternehmen in der Wasserstoffbranche. Dabei habe ich 5 Konzerne und 5 Startups vorgestellt und deren Businessmodel erklärt.
Weiters habe ich die Umstellung auf die Gesellschaft analysiert und besonders die Auswirkung auf den Konsumenten aus wirtschaftlicher Sicht.
Beim letzten Kapitel meiner Arbeit habe ich die CO² Einsparung die wir mittels grünen Wasserstoff erreichen können in Betracht gezogen und ausgerechnet.
Nach dem Lesen dieser wissenschaftlichen Arbeit bekommt man einen Überblick, wo noch Marklücken sind, welche die Hauptprobleme bei Brennstoffzellenantrieben sind und wo die Problematik der Wasserstoffherstellung liegt. Weiters wird einem bewusst, wann Wasserstoff für die Mobilität sinnvoll wird und wie viel CO² wir dadurch einsparen können.
Inhaltsverzeichnis
1. Wasserstoff, die Nummer 1 im Periodensystem
2. Was hinter dem Brennstoffzellenantrieb steckt
2.1 Wie funktioniert ein brennstoffzellenantrieb
2.2 Herstellung von Wasserstoff
2.3 Technische Vor- und Nachteile
3. Wasserstoff-Nutzung in den verschiedenen Branchen
3.1 Autoindustrie
3.2 Flugzeugbauindustrie
3.3 Schiffbauindustrie
3.4 Nutzfahrzeuge
4. Wo kann Wasserstoff ökonomisch und ökologisch sinnvoll eingesetzt werden
5. Unternehmen und Start-ups, die Lösungen mit Wasserstoffantrieben in der Mobilitätsbranche anbieten
5.1 Start-Ups, die innovative Wasserstofflösungen für die Mobilität bieten
5.2 Unternehmen, die innovative Wasserstofflösungen für die Mobilität bieten
6. Wie sich eine Umstellung auf den Konsumenten auswirkt
7. Potenzielle CO²-Einsparung durch Wasserstoffantriebe
8. Fazit
9. Erfahrungen und Lernfortschritt
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial von Wasserstoff als nachhaltige und wirtschaftliche Antriebsform für verschiedene Mobilitätssektoren, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und eine ökologisch verträgliche Zukunft des Transports zu ermöglichen.
- Technologische Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie
- Analyse der Wasserstoffherstellung (Dampfreformierung vs. Elektrolyse)
- Sektorenübergreifende Einsatzmöglichkeiten (Auto, Flugzeug, Schiff, Nutzfahrzeuge)
- Ökonomische Herausforderungen und Infrastrukturbedarf
- Klimaschutzpotenzial durch CO2-Reduktion im Verkehr
Auszug aus dem Buch
2.1 WIE FUNKTIONIERT EIN BRENNSTOFFZELLENANTRIEB
Bei einer Brennstoffzelle reagiert ein zugeführter Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft und kann so Energie erzeugen. Das Produkt dieser chemischen Reaktion ist Strom, Wasser und Wärme. Man nennt solche Reaktionen auch „kalte Verbrennung“, sie sind äußerst effizient, da in wenigen Schritten schon Strom entsteht.
Reaktionsgleichung: 2 H² + O² Ö 2 H²O
Ein Brennstoffzellenantrieb besteht aus 3 Bestandteilen; einer Anode und einer Kathode, diese sind durch eine Elektrolytmembran getrennt. An der Anode wird O² aus der Luft zugeleitet und an der Kathode wird aus einem Hochdrucktank H² zugeführt. Die Platten trennt eine Membran, welche nur Protonen durchdringen. In Folge der Ionisierung gibt das H² daher ein Proton an O² ab und aus dem neutralen H² wird ein negatives H². Das H²-Molekül sucht allerdings nach einem Energiegleichgewicht, daher gehen Elektronen durch die Elektrode. Setzt man an diese Elektrode einen Verbraucher, kann dieser der Spannung Gleichstrom entnehmen. Wenn die Elektronen auf der anderen Seite ankommen, verbinden sie sich mit dem O² und werden zu einem negativen O². Das Wasserstoffproton verbindet sich dann mit dem negativen O² und bildet Wasser. Daher ist das Abfallprodukt heißer Wasserdampf. (Chemie - simpleclub, 2014)
Zusammenfassung der Kapitel
1. Wasserstoff, die Nummer 1 im Periodensystem: Einleitende Betrachtung über den Wandel der Industriegesellschaft weg von fossilen Energieträgern und die Suche nach alternativen Speichermedien für elektrische Energie.
2. Was hinter dem Brennstoffzellenantrieb steckt: Detaillierte Erläuterung der elektrochemischen Funktionsweise von Brennstoffzellen sowie der verschiedenen Herstellungsverfahren für Wasserstoff.
3. Wasserstoff-Nutzung in den verschiedenen Branchen: Untersuchung der Anwendungsmöglichkeiten der Brennstoffzellentechnologie in der Auto-, Flugzeug-, Schiffbauindustrie sowie bei Nutzfahrzeugen.
4. Wo kann Wasserstoff ökonomisch und ökologisch sinnvoll eingesetzt werden: Bewertung der Einsatzgebiete, wobei der Fokus besonders auf Branchen liegt, in denen Akkus technologisch an ihre Grenzen stoßen.
5. Unternehmen und Start-ups, die Lösungen mit Wasserstoffantrieben in der Mobilitätsbranche anbieten: Vorstellung relevanter Akteure am Markt, von innovativen Start-ups bis hin zu etablierten Großunternehmen der Branche.
6. Wie sich eine Umstellung auf den Konsumenten auswirkt: Analyse der direkten Konsequenzen für den Endverbraucher in Bezug auf Wartung, Tankverhalten und Anschaffungskosten.
7. Potenzielle CO²-Einsparung durch Wasserstoffantriebe: Analyse des Klimaschutzpotenzials und der notwendigen Voraussetzungen bei der Stromerzeugung für eine wirkliche Emissionsreduktion.
8. Fazit: Zusammenfassende Einschätzung der Rolle von Wasserstoff in der zukünftigen Mobilität in Abhängigkeit von politischer Steuerung und ökonomischer Wettbewerbsfähigkeit.
9. Erfahrungen und Lernfortschritt: Reflexion über den Rechercheprozess, die Herausforderungen bei der Quellenanalyse und den persönlichen Erkenntnisgewinn während der Erarbeitung der Arbeit.
Schlüsselwörter
Wasserstoff, Brennstoffzelle, Mobilität, Nachhaltigkeit, Elektrolyse, Dekarbonisierung, Transportwesen, Energiewende, CO2-Einsparung, grüne Energie, Infrastruktur, Nutzfahrzeuge, Emissionsfreiheit, Antriebstechnik, Klimawandel.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert, ob der Einsatz von Wasserstoff in verschiedenen Verkehrsbranchen eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative zu bisherigen Antriebsformen darstellt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit fokussiert sich auf die technische Funktionsweise, die verschiedenen Herstellungsverfahren von Wasserstoff, die Marktpotenziale in unterschiedlichen Industrien sowie die ökologischen Auswirkungen auf die CO2-Bilanz.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Hauptziel ist es zu erörtern, unter welchen Voraussetzungen und in welchen Anwendungsgebieten Wasserstoff eine nachhaltige Lösung für eine zukunftsorientierte Mobilität bieten kann.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine fundierte Literaturrecherche durchgeführt, bei der verschiedene aktuelle Studien, Unternehmensdaten und Expertenmeinungen kritisch verglichen und synthetisiert wurden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen, die Analyse spezifischer Branchen (Auto, Flug, Schiff, Nutzfahrzeuge), eine Bewertung der Marktakteure sowie eine ökonomische Betrachtung für den Endkonsumenten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Wasserstoff, Brennstoffzelle, Nachhaltigkeit, Energiewende, CO2-Einsparung und Mobilität.
Warum wird Wasserstoff besonders für den Schwerverkehr als relevant angesehen?
Im Gegensatz zu batterieelektrischen Lösungen bietet Wasserstoff hohe Reichweiten und kurze Tankzeiten, was für den Schwerlastbetrieb (LKW, Busse, Schiffe) essentiell ist, um Effizienzverluste durch lange Pausen zu vermeiden.
Welche Rolle spielt die Politik bei der Marktdurchdringung von Wasserstoffantrieben?
Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass die Wettbewerbsfähigkeit von Wasserstoff massiv von einer CO2-Bepreisung fossiler Kraftstoffe abhängt, um die derzeit noch hohen Anschaffungskosten gegenüber konventionellen Antrieben auszugleichen.
- Quote paper
- Anonym (Author), 2020, Ist Wasserstoff die ökonomische und ökologische Lösung für eine zukunftsorientierte Mobilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/942550
