Wagner Das System Brennstoffzelle

Wasserstoffsysteme ganzheitlich entwickeln
1. Auflage 2023
ISBN: 978-3-446-47505-2
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 366 Seiten

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 (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.

Autoren/Hrsg.

Wagner, Enno

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Energieumwandlung, Energiespeicherung
• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Energieverteilung, Stromnetze
• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Alternative und erneuerbare Energien
• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Thermische Energieerzeugung, Wärmeübertragung

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;7
2;1 Einführung;9
2.1;1.1 Wasserstoff als Hoffnungsträger;10
2.2;1.2 Funktionsprinzip der Brennstoffzelle;13
2.3;1.3 Aktuelle Herausforderungen der Brennstoffzellentechnologie;16
2.4;1.4 Aufbau dieses Buches;20
3;2 Energiegeschichte der Menschheit;23
3.1;2.1 Frühe solare Zivilisationen;23
3.2;2.2 Fossiles Industriezeitalter;27
3.3;2.3 Vision einer solaren Zivilisation;40
4;3 Naturgesetze der Energie;45
4.1;3.1 Exergie;45
4.2;3.2 Entropie;51
4.3;3.3 Syntropie und Information;60
4.4;3.4 Bedeutung für die Energiewirtschaft;75
5;4 Thermochemische Grundlagen;79
5.1;4.1 Grundfunktion einer Brennstoffzelle;79
5.2;4.2 Das chemische Potenzial;81
5.3;4.3 Ruhespannung einer Brennstoffzelle;83
5.4;4.4 Brennstoffzellen unter Strom;86
5.5;4.5 Stofftransportprozesse;99
5.6;4.6 Impedanzspektroskopie;107
5.7;4.7 Batterien;109
6;5 Elektrolyse- und Brennstoffzellen;117
6.1;5.1 Übersicht der Brennstoffzellentypen;117
6.2;5.2 Alkalische Technologie;128
6.3;5.3 Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM);151
7;6 Mechatronik und Systemtechnik;175
7.1;6.1 Mechatronische Konstruktion;176
7.2;6.2 Anwendung der Systemtechnik;234
8;7 Wasserstofftechnologie;241
8.1;7.1 Eigenschaften von Wasserstoff;241
8.2;7.2 Verdichtung von Wasserstoff;243
8.3;7.3 Wasserstoffinfrastruktur;257
8.4;7.4 Wasserstofftankstellen;263
8.5;7.5 Wasserstofffahrzeuge;266
8.6;7.6 Hausenergietechnik;269
8.7;7.7 Industrielle Wasserstoffnutzung;271
9;8 Regeneratives Energiesystem;275
9.1;8.1 Energieatlas Deutschland;275
9.2;8.2 Elektrische Systemebene;277
9.3;8.3 Chemische Energie;296
9.4;8.4 Thermische Systemebene;309
10;9 Wirtschaft und Politik;321
10.1;9.1 Grenzen des Wachstums;321
10.2;9.2 Stand der Energiewende in Deutschland;331
10.3;9.3 Wasserstoffstrategien;333
10.4;9.4 Nachhaltig wirtschaften;334
11;10 Ausblick;339
11.1;10.1 Die Rolle von Wasserstoff für die Energiewirtschaft;340
11.2;10.2 Die solare Zukunftsvision;344
12;Index;349

Über Autor(innen)

Wagner, Enno
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.