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Neue Technologien

Methanol Brennstoffzelle im Elektro-Fahrzeug

Als Alternative zur Batterie im Eletro-Fahrzeug bietet sich neuerdings eine Methanol-Brennstoffzelle an, die vom ehemaligen Audi-Ingenieur Roland Gumpert entwickelt wurde.

Das heisst, ganz ohne Batterie arbeitet das Gerät auch nicht, es ist allerdings lediglich eine kleine Pufferbatteie notwendig, um Startvorgänge und Leistungsspitzen zu versorgen.

Die Brennstoffzelle im Fahrzeug arbeitet permanent und erzeugt mit 15 kW Dauerleistung genug Energie, um das Fahrzeug während der Fahrt mit seiner Basisenergie zu versorgen. Bei Stadtfahren, Pausen und Fahrten mit geringer Geschwindigkeit steigt dadurch die Ladung der Pufferbatterie. So steht für Beschleunigungen immer genug Energie zur Verfügung. 

Getankt wird ein Stoff, der mittels elektrochemischer Reaktion Energie bereitstellt und allen bisherigen Kraftstoffen weit überlegen ist, denn er kann umweltneutral synthetisiert werden: Methanol (siehe nächsten Abschnitt weiter unten ...)

Dieses grüne Methanol ist also synthetisiert. Es bindet das in der Luft enthaltene CO2 und gibt es bei der späteren Energieabgabe wieder an die Luft ab. Es ist somit der perfekte Energieträger für eine saubere und neutrale mobile Energiequelle. Als Reaktionsprodukte entstehen Wasser und CO2. Der Anteil an Stickoxiden ist dabei vernachlässigbar.

In drei bis fünf Minuten ist das Fahrzeug betankt und es steht wieder genug Energie für die Weiterfahrt zur Verfügung - kompromisslos und ohne lange Ladezeiten.

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Batterie oder Brennstoff-Zelle?

In der Regel zeigt sich von selbst, welches die bessere Technologie ist, oder ob vielleicht sogar beide nebeneinander existieren können, so wie es ja auch mit Benzin und Diesel der Fall ist oder war.

Da beide Systeme denselben Antrieb im Fahrzeug verwenden, können Batterie- oder Brennstoffzellen-Packs gestaltet werden, die gegeneinander austauschbar sind und auf Wunsch des Kunden im Fahrzeug integriert oder gewechselt werden können.

Lediglich die Fantasie des Fahrzeug-Designers ist hier gefragt, oder Normen für solche Packs. Die Konfiguration des Fahrzeugs sollte den Bedürfnissen der Kunden angepasst werden können.

  • Will ich nur kurze Strecken fahren: kleines Batteriepack
  • Mittelstrecken: grosses Batteriepack
  • Langstrecken: Brennstoff-Pack
  • Weniger tanken/laden: Brennstoff-Pack.

Die Einrichtung der ersten Tankstellen wird wohl noch etwas Zeit brauchen, ebenso der Bau der ersten Fahrzeugserien. Wie das Video zeigt, gibt es ja bereits Prototypen, die Funktion und Fahrtüchtigkeit erfolgreich unter Beweis stellen.

Wir sehen der Entwicklung gespannt entgegen.


CO2-neutraler Treibstoff aus Luft und Sonnenlicht

Forschende der ETH Zürich haben die Technologie entwickelt, die aus Sonnenlicht und Luft flüssige Treibstoffe herstellt. Zum ersten Mal weltweit demonstrieren sie die gesamte thermochemische Prozesskette unter realen Bedingungen. Die neue solare Mini-​Raffinerie steht auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH Zürich.

Solarreaktor ETH Zürich

CO2-​neutrale Treibstoffe sind für eine nachhaltigere Luft-​ und Schifffahrt von zentraler Bedeutung. ETH-​Forschende haben eine solare Anlage gebaut, mit der sich synthetische flüssige Treibstoffe herstellen lassen, die bei der Verbrennung nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor der Luft entnommen wurde. CO2 und Wasser werden direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden und mit Solarenergie aufgespalten. Das Produkt ist Syngas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, welches anschliessend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird. Diese können direkt in der bestehenden globalen Transportinfrastruktur verwendet werden.

«Mit dieser Anlage beweisen wir, dass die Herstellung von nachhaltigem Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft auch unter realen Bedingungen funktioniert», erklärt Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, der die Technologie mit seiner Forschungsgruppe entwickelt hat, und betont die Besonderheit der Anlage: «Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab. Dies ermöglicht schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad.» Die Forschungsanlage steht mitten in Zürich und dient der ETH Zürich dazu, die Forschung an nachhaltigen Treibstoffen vor Ort voranzutreiben.

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Fusionsreaktor

Die heutige Energiegewinnung basiert zu grossen Teilen auf der Kernspaltung. In besonderen Reaktoren werden hochwertige Atomkerne zur Spaltung angeregt, die daraufhin zerfallen und dabei einen Teil ihrer Energie als Strahlung in allen Bereichen abgeben – von der Wärmestrahlung bis hin zur radioaktiven Strahlung. Die ursprünglichen Kerne sind nicht stabil und neigen zu einem selbständigen Spaltvorgang, der bei genügend Kernbrennstoff zu gewaltigen Explosionen neigt.

Kernfusion ist dagegen eine deutlich sicherere Alternative. Statt die Kerne zu spalten, werden einfache Kerne verschmolzen, wobei das Ausgangsmaterial, sowohl das Endprodukt stabil und ungefährlich ist. Zudem entsteht lediglich Wärmestrahlung.

Es ist denkbar, kleine Fusions-Reaktoren herzustellen. Siedlungen und Fabriken werden damit unabhängig von der Energieversorgung. Flugzeuge und Schiffe der nächsten Generation werden dann nicht mehr von fossilen Treibstoffen abhängig sein und können unbegrenzt in der Luft bleiben oder eine unendliche Reichweite haben.

Forscher blicken optimistisch in die Zukunft

Nachdem bereits einige Entwicklungs- und Testschleifen durchlaufen sind, ist das Forscherteam überzeugt davon, den Reaktor binnen einiger Jahre realisieren zu können. Die Rede ist von 5 Jahren für den ersten Prototypen und von 10 Jahren bis zur Serienreife.

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Link zur Entwickler-Firma Lochkead Martin 


CO2-Nutzung: Forscher entwickeln Brennstoffe aus Abgasen

Wissenschaftler aus Japan und China haben eine Methode entwickelt, die den Verbrennungsprozess quasi umkehrt: Statt fossile Brennstoffe wie Erdöl oder Erdgas zu CO2 zu verbrennen, ließe sich aus dem klimaschädlichen Abgas der eigentliche Brennstoff zurückgewinnen. Damit wäre es möglich, das CO2 sozusagen zu „recyceln“.

Wissenschaftler aus Japan und China haben ein neues, besonders effektives photokatalytisches System vorgestellt. Die Forscher haben dazu eine Methode entwickelt, die den Verbrennungsprozess quasi umkehrt: Statt fossile Brennstoffe wie Erdöl oder Erdgas zu CO2 zu verbrennen, ließe sich aus dem klimaschädlichen Abgas CO2 der ursprüngliche Brennstoff zurückgewinnen. Damit wäre es möglich, das CO2- sozusagen wieder zu „recyceln“, berichtet das Wissenschaftsmagazin phys.org.

Konkret wird das CO2 mithilfe von Nano-Partikeln als Katalysatoren zunächst zu CO und dann weiter zu Methan und anderen Kohlenwasserstoffen reduziert. Dazu genüge eine Bestrahlung mit Sonnenlicht.

Der entscheidende Punkt für das gelingen sei den Forschern zufolge der den richtige Katalysator, der die chemische Reaktion energieeffizient macht. Verschiedene Katalysatoren für die photokatalytische Reduktion von CO2 wurden bereits entwickelt, z.B. auf der Basis von Strontiumtitanat oder Titandioxid. Die Wissenschaftler vom National Institute for Materials Science in Japan und dem U-NIMS Joint Research Center der Tianjin University in China stellten aus diesen bekannten Halbleitermaterialien eine Anordnungen Nanoröhrchen her. Die Röhrchen bestückten sie gleichmäßig mit Nanopartikeln aus einer Gold-Kupfer-Legierung. Hydrazin-Hydrat dient als Wasserstoffquelle.

Noch befindet sich das Team in der Entwicklungsphase. Mittelfristig sehen die Wissenschaftler jedoch in den bisherigen Ergebnissen einen großen Schritt hin zu CO2–neutralen Brennstoffen in Form von Gas und Öl, die fossile Alternativen ersetzen könnten.

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