Das System Brennstoffzelle (eBook)
366 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
978-3-446-47505-2 (ISBN)
Dieses Buch stellt das System Brennstoffzelle in ganzheitlicher Weise vor. Es widmet sich dem technologischen Zusammenwirken von Wasserstoff (Energieträger) und Brennstoffzelle (Energiewandler) sowie deren Rollen im Gesamtgefüge regenerativen Energiesysteme. Darüber hinaus vermittelt es grundlegende Kenntnisse zur Entwicklung und Konstruktion von Wasserstoffsystemen - von Geräten bis hin zu Großanlagen.
Folgende Themen werden behandelt:
- Hintergründe und Motivation der menschlichen Energienutzung
- Energiebewertung anhand der Begriffe Exergie, Entropie und Syntropie
- Elektrochemische und thermodynamische Grundlagen
- Aufbau und Funktion von Elektrolyse- und Brennstoffzellen
- Systemtechnik und Mechatronik von wasserstoffbetriebenen Geräten und Anlagen
- Herstellung, Speicherung und Verteilung von Wasserstoff
- Wasserstoffwirtschaft - politische und ökonomische Weichenstellungen
Das Buch wendet sich an Studierende der Mechatronik sowie der Verfahrens- und Energietechnik, ist jedoch gleichermaßen für Praktiker:innen geeignet, die mit der Entwicklung von Wasserstoffanwendungen betraut sind. Darüber hinaus stellt es eine wertvolle Orientierungshilfe für Entscheider:innen aus dem Energiesektor sowie dem Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau dar.
Seit 2019 lehrt und arbeitet Prof. Dr.-Ing. Enno Wagner im Bereich Mechatronische Konstruktion an der Frankfurt University of Applied Sciences, wo er ein Wasserstofflabor betreibt und mit seinen Mitarbeiter:innen an hocheffizienten Elektrolyse- und Brennstoffzellen forscht. Zuvor befasste er sich als Leiter verschiedener Entwicklungsabteilungen mit der Konstruktion von thermodynamischen Geräten und Anlagen für erneuerbare Energien. Prof. Wagner ist Inhaber mehrerer Patente und hat an zahlreichen Veröffentlichungen im internationalen Umfeld mitgewirkt.
Der Einsatz von Wasserstoff und Brennstoffzellen wird in der energiepolitischen Debatte heiß diskutiert. Ist Wasserstoff der Champagner oder der Hoffnungsträger der Energiewende? Überzeugen Wasserstoffautos mit ihrer hohen Reichweite oder muss die Effizienz der Brennstoffzellentechnik noch gesteigert werden?
Dieses Buch stellt das System Brennstoffzelle in ganzheitlicher Weise vor. Es widmet sich dem technologischen Zusammenwirken von Wasserstoff und Brennstoffzelle sowie deren Rollen im Gesamtgefüge regenerativen Energiesysteme. Darüber hinaus vermittelt es grundlegende Kenntnisse zur Entwicklung und Konstruktion von Wasserstoffsystemen – von Geräten bis hin zu Großanlagen.
Folgende Themen werden behandelt:
- Hintergründe und Motivation der menschlichen Energienutzung
- Energiebewertung anhand der Begriffe Exergie, Entropie und Syntropie
- Elektrochemische und thermodynamische Grundlagen
- Aufbau und Funktion von Elektrolyse- und Brennstoffzellen
- Systemtechnik und Mechatronik von wasserstoffbetriebenen Geräten und Anlagen
- Herstellung, Speicherung und Verteilung von Wasserstoff
- Wasserstoffwirtschaft – politische und ökonomische Weichenstellungen
Das Buch wendet sich an Studierende der Mechatronik sowie der Verfahrens- und Energietechnik, ist jedoch gleichermaßen für Praktiker:innen geeignet, die mit der Entwicklung von Wasserstoffanwendungen betraut sind. Darüber hinaus stellt es eine wertvolle Orientierungshilfe für Entscheider:innen aus dem Energiesektor sowie dem Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau dar.
Seit 2019 lehrt und arbeitet Prof. Dr.-Ing. Enno Wagner im Bereich Mechatronische Konstruktion an der Frankfurt University of Applied Sciences, wo er ein Wasserstofflabor betreibt und mit seinen Mitarbeiter:innen an hocheffizienten Elektrolyse- und Brennstoffzellen forscht. Zuvor befasste er sich als Leiter verschiedener Entwicklungsabteilungen mit der Konstruktion von thermodynamischen Geräten und Anlagen für erneuerbare Energien. Prof. Wagner ist Inhaber mehrerer Patente und hat an zahlreichen Veröffentlichungen im internationalen Umfeld mitgewirkt.
Inhalt 7
1 Einführung 9
1.1 Wasserstoff als Hoffnungsträger 10
1.2 Funktionsprinzip der Brennstoffzelle 13
1.3 Aktuelle Herausforderungen der Brennstoffzellentechnologie 16
1.4 Aufbau dieses Buches 20
2 Energiegeschichte der Menschheit 23
2.1 Frühe solare Zivilisationen 23
2.2 Fossiles Industriezeitalter 27
2.3 Vision einer solaren Zivilisation 40
3 Naturgesetze der Energie 45
3.1 Exergie 45
3.2 Entropie 51
3.3 Syntropie und Information 60
3.4 Bedeutung für die Energiewirtschaft 75
4 Thermochemische Grundlagen 79
4.1 Grundfunktion einer Brennstoffzelle 79
4.2 Das chemische Potenzial 81
4.3 Ruhespannung einer Brennstoffzelle 83
4.4 Brennstoffzellen unter Strom 86
4.5 Stofftransportprozesse 99
4.6 Impedanzspektroskopie 107
4.7 Batterien 109
5 Elektrolyse- und Brennstoffzellen 117
5.1 Übersicht der Brennstoffzellentypen 117
5.2 Alkalische Technologie 128
5.3 Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) 151
6 Mechatronik und Systemtechnik 175
6.1 Mechatronische Konstruktion 176
6.2 Anwendung der Systemtechnik 234
7 Wasserstofftechnologie 241
7.1 Eigenschaften von Wasserstoff 241
7.2 Verdichtung von Wasserstoff 243
7.3 Wasserstoffinfrastruktur 257
7.4 Wasserstofftankstellen 263
7.5 Wasserstofffahrzeuge 266
7.6 Hausenergietechnik 269
7.7 Industrielle Wasserstoffnutzung 271
8 Regeneratives Energiesystem 275
8.1 Energieatlas Deutschland 275
8.2 Elektrische Systemebene 277
8.3 Chemische Energie 296
8.4 Thermische Systemebene 309
9 Wirtschaft und Politik 321
9.1 Grenzen des Wachstums 321
9.2 Stand der Energiewende in Deutschland 331
9.3 Wasserstoffstrategien 333
9.4 Nachhaltig wirtschaften 334
10 Ausblick 339
10.1 Die Rolle von Wasserstoff für die Energiewirtschaft 340
10.2 Die solare Zukunftsvision 344
Index 349
Erscheint lt. Verlag | 11.9.2023 |
---|---|
Verlagsort | München |
Sprache | deutsch |
Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
Schlagworte | Brennstoffzellen • Brennstoffzellenfahrzeuge • Elektrolysezellen • Entwicklung • Erneuerbare Energien • Konstruktion • Mechatronik • Regenerative Energien • Systemtechnik • Wasserstoff • Wasserstoffsysteme • Wasserstoffwirtschaft |
ISBN-10 | 3-446-47505-2 / 3446475052 |
ISBN-13 | 978-3-446-47505-2 / 9783446475052 |
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Größe: 15,2 MB
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