Availability: Wasserstofftechnik | Technische Universität München

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Bibliographic Details
Main Author:	Schmidt, Thomas 1956- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Hanser [2022]
Edition:	2., überarbeitete und erweiterte Auflage
Subjects:	Umweltverträglichkeit Wirtschaft Brennstoffzelle Energieträger Wasserstoffenergietechnik Wasserstofferzeugung Nachhaltigkeit Wasserstoff Umweltfaktor Energieversorgung Wasserstoffspeicherung Treibhausgas FBMBENER: Energietechnik/Kraft- und Arbeitsmaschinen ELEK2022
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Abstract:	Ein wichtiges Buch über das häufigste Element der Welt Die Energieversorgung, der Verkehrssektor und die Industrie von morgen benötigen zukunftsweisende Technologien, die eine bezahlbare Speicherung großer regenerativ erzeugter Strommengen, einen treibhausgasfreien Verkehr sowie nachhaltige industrielle und chemische Verfahren ermöglichen. Der Einsatz von Wasserstoff verspricht die Lösung vieler damit verbundener Fragestellungen. In diesem Buch lesen Sie über die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff, insbesondere die Verträglichkeit mit den relevanten Werkstoffen und die unterschiedlichen Aspekte der Sicherheit im Umgang mit Wasserstoff die bedeutendsten Verfahren der Erzeugung, des Transportes, der Speicherung und der Nutzung von Wasserstoff die relevanten Technologiepfade und ihre wirtschaftlich ökologische Bewertung.In der 2., überarbeiteten und erweiterten Auflage wurden zudem u. a. folgende Themen ergänzt: Odorierung von Wasserstoff beim Transport durch Rohrleitungsnetze Wasserstoff-Microgrids als Basis der Wasserstoffversorgung soziale und ökologische Bewertungskriterien für Projekte aus dem Bereich der erneuerbaren Energien (grüner H).
Physical Description:	XIV, 538 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	9783446472280 3446472282

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adam_text	INHALT DIE AUTOREN .............................................................................................. XI VORWORT ..................................................................................................... XIII 1 EINFUEHRUNG ...................................................................................... 1 1.1 DAS INTERESSE AM ELEMENT WASSERSTOFF .......................................... 1 1.1.1 DIE ZIELVORGABEN DER POLITIK .............................................. 5 1.1.2 STRATEGIEN ZUR EINFUEHRUNG EINER WASSERSTOFFWIRTSCHAFT 8 1.2 WASSERSTOFF IM OEFFENTLICHEN DISKURS DER OEKOLOGISCHEN TRANSFORMATION ............................................................................... 13 1.3 INHALT DES VORLIEGENDEN BUCHES ...................................................... 16 1.4 DIE FORM DES BUCHES ..................................................................... 17 2 EIGENSCHAFTEN DES WASSERSTOFFS ................................................. 19 2.1 GRUNDLEGENDE PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON WASSERSTOFF ............................................................................... 24 2.2 DAS THERMODYNAMISCHE VERHALTEN VON WASSERSTOFF .................... 28 2.2.1 ZUSTANDSGROESSEN UND 1. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK 28 2.2.2 DIE PHASENGRENZEN ........................................................... 39 2.2.3 DER 2. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK ............................ 41 2.2.4 DIE SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET ...................................... 47 2.2.5 DIE POLYTROPE ZUSTANDSAENDERUNG ...................................... 54 2.2.6 WIRKUNGS ODER NUTZUNGSGRADE ........................................ 59 2.2.7 DIE FREIHEITSGRADE EINES WASSERSTOFFSYSTEMS .................. 62 2.2.8 DER FLUESSIGE UND FESTE WASSERSTOFF .................................. 63 2.2.9 DIE VISKOSITAET DES N-WASSERSTOFFS .................................... 65 2.2.10 DER THOMSON-IOULE-EFFEKT DES WASSERSTOFFS .................... 67 2.2.11 DIE WAERMELEITFAEHIGKEIT ..................................................... 70 2.2.12 ANTEILE UND KONZENTRATIONEN VON MISCHUNGEN .............. 72 2.2.13 MISCHUNGSREGELN ................................................................ 78 2.3 DIE KLASSIFIZIERUNG ALS PRODUKT ...................................................... 81 2.4 PERMEATIONSEIGENSCHAFT DES WASSERSTOFFS .................................... 83 2.4.1 PERMEATION DURCH METALLISCHE WERKSTOFFE ...................... 85 2.4.2 PERMEATION DES WASSERSTOFFS DURCH POLYMERE ................ 99 2.5 METALLISCHE WERKSTOFFE UNTER WASSERSTOFFEINFLUSS ........................ 104 2.5.1 GEFAEHRDUNGSPOTENTIALE FUER DIE WASSERSTOFFVERSPROEDUNG 105 2.5.2 EINSCHAETZUNG DES GEFAHRENPOTENTIALS FUER BESTEHENDE STAHLLEITUNGEN HINSICHTLICH WASSERSTOFFVERSPROEDUNG ... 113 2.5.3 AUSLEGUNG VON BAUTEILEN GEGEN WASSERSTOFF INDUZIERTEN SPROEDBRUCH .................................................... 117 2.5.3.1 SPANNUNGS UND VERFORMUNGSZUSTAENDE IN BEANSPRUCHTEN BAUTEILEN .................................. 120 2.5.3.2 GRUNDREGELN ZUM BETRIEB MIT RISSGEFAEHRDETEN BAUTEILEN .............................................................. 124 2.5.3.3 DIE GRENZTRAGFAEHIGKEIT ...................................... 125 2.5.3.4 DIE SPEZIFISCHE RISS-ODER BRUCHENERGIE ........... 129 2.5.3.5 BRUCHMECHANISCHE BEWERTUNG VON BAUTEILEN UNTER QUASISTATISCHER BEANSPRUCHUNG .............. 132 2.5.3.6 ERMUEDUNGSBRUCH UNTER WASSERSTOFFEINFLUSS .. 137 2.5.3.7 BEWERTUNG VON ZYKLISCHEN BELASTUNGEN UNTER WASSERSTOFFEINFLUSS ............................................ 142 2.6 DIE SICHERHEIT IM UMGANG MIT WASSERSTOFF .................................. 145 2.6.1 EXPLOSIONSGRENZEN VON WASSERSTOFF ................................ 148 2.6.2 PRAKTISCHE ANLEITUNG ZUM EXPLOSIONSSCHUTZ .................. 155 2.6.3 VERMEIDUNG VON SICHERHEITSRISIKEN BEIM EINSATZ VON WASSERSTOFF ALS ENERGIETRAEGER .................................... 161 2.7 ENTHALPIEAENDERUNG CHEMISCHER REAKTIONEN ................................ 164 2.7.1 STANDARDZUSTAENDE CHEMISCHER REAKTIONEN ...................... 164 2.7.2 DIE VERBRENNUNG VON WASSERSTOFF .................................... 168 2.7.2.1 SPEZIFISCHE KENNGROESSEN DER VERBRENNUNG ... 169 27.2.2 DIE ABGASZUSAMMENSETZUNG ............................ 171 3 DIE WIRTSCHAFTLICHKEIT VON WASSERSTOFFPROJEKTEN .................... 181 3.1 DIE INVESTITION ................................................................................. 183 3.2 DIE KAPITALWERTMETHODE ................................................................ 186 3.2.1 DER DISKONTIERTE CASHFLOW ................................................ 188 3.2.2 SENSITIVITAETSANALYSE ............................................................ 191 4 TECHNOLOGIEPFADE MIT WASSERSTOFF ............................................. 193 4.1 DIE AKTUELLE WELT DES WASSERSTOFFS ................................................ 194 4.2 DIE SEKTORKOPPLUNG ....................................................................... 201 4.3 ENTWICKLUNGSSZENARIEN DES WASSERSTOFFEINSATZES IN DEUTSCHLAND ................................................................................... 206 4.4 MASSNAHMEN ZUR WETTBEWERBSSTAERKUNG ........................................ 215 4.5 POTENTIAL DES WASSERSTOFFS ZUR REDUZIERUNG DER TREIBHAUSGASE 217 4.6 DER ENTWICKLUNGSSTAND DER WASSERSTOFFTECHNOLOGIEN ................ 221 5 DIE ERZEUGUNG VON WASSERSTOFF .................................................. 225 5.1 ERZEUGUNG VON WASSERSTOFF AUS FOSSILEN QUELLEN ........................ 227 5.1.1 DIE DAMPFREFORMIERUNG .................................................... 228 5.1.2 DIE PARTIELLE OXIDATION ...................................................... 235 5.1.3 DIE AUTOTHERME REFORMIERUNG .......................................... 237 5.1.4 KOHLE-UND BIOMASSENVERGASUNG ...................................... 243 5.1.5 CARBON DIOXIDE CAPTURE AND STORAGE - DIE VERWAHRUNG VON KOHLENDIOXID IM UNTERGRUND .................................... 246 5.1.5.1 GRUNDLAGEN DER GASSPEICHERUNG IM POROESEN GESTEIN ............................................................... 251 5.1.5.2 DIE VERROHRUNG EINER BOHRUNG .......................... 255 5.1.5.3 BETRIEB UND UEBERWACHUNG VON KOHLENDIOXID SPEICHERN ........................................................... 257 5.1.5.4 DER TRANSPORT VON KOHLENDIOXID ...................... 258 5.1.6 DIE THERMISCHE PYROLYSE .................................................... 259 5.2 ELEKTROLYTISCHE VERFAHREN ZUR WASSERSTOFFERZEUGUNG .................. 262 5.2.1 DIE ELEKTROCHEMISCHEN GRUNDLAGEN DER ELEKTROLYSE .... 264 5.2.2 DIE THERMODYNAMIK DER ELEKTROLYSE ................................ 267 5.2.2.1 TEMPERATURBEREICH BIS 100 C .......................... 269 5.2.2.2 DIE BEDEUTUNG DER FREIEN ENTHALPIE FUER DIE ELEKTROLYSE ......................................................... 270 5.2.2.3 DER HOCHTEMPERATURBEREICH BEI DER WASSERELEKTROLYSE .............................................. 275 5.2.3 DIE EFFIZIENZ DER ELEKTROLYSE ........................................... 277 5.2.4 DIE POLYMERELEKTROLYTMEMBRAN-ELEKTROLYSE (PEM) ........ 282 5.2.5 DIE ALKALISCHE ELEKTROLYSE (AEL) ...................................... 288 5.2.6 DIE HOCHTEMPERATURELEKTROLYSE (SOEC) .......................... 295 5.2.7 ZUSAMMENFASSUNG DER EIGENSCHAFTEN VON ELEKTROLYSEANLAGEN ........................................................... 301 5.3 DIE BIOLOGISCHE WASSERSTOFFERZEUGUNG .......................................... 302 5.3.1 DIE BIOPHOTOLYSE ................................................................ 303 5.3.2 DIE MIKROBIELLE ELEKTROLYSE (MEC) .................................... 303 5.3.3 DIE FERMENTATION ................................................................ 304 5.3.3.1 DIE PHOTOFERMENTATION ...................................... 307 5.3.3.2 DIE DUNKLE FERMENTATION .................................. 308 5.4 VERFAHREN ZUR WASSERSTOFFREINIGUNG .............................................. 311 5.4.1 METHODEN ZUR WASSERSTOFFAUFBEREITUNG .......................... 313 5.4.2 BESONDERHEITEN BEI DER MEMBRANTRENNUNG .................... 316 6 DER TRANSPORT VON WASSERSTOFF .................................................... 319 6.1 LEITUNGSGEBUNDENER TRANSPORT VON WASSERSTOFF .......................... 319 6.2 WASSERSTOFFEINSPEISUNG IN ROHRLEITUNGSNETZE .............................. 329 6.3 KOMPENSATION DES DRUCKVERLUSTES AUF DEM TRANSPORTSYSTEM ... 335 6.4 VERWENDUNG VON NICHT ORTSFESTEN TRANSPORTBEHAELTERN ................ 340 6.5 LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER .................................................. 342 6.6 DIE ODORIERUNG DES WASSERSTOFFS .................................................. 345 7 ENERGIEWANDLUNGSMASCHINEN FUER WASSERSTOFF ......................... 351 7.1 VERDICHTER FUER DIE KOMPRESSION VON WASSERSTOFF .......................... 351 7.1.1 KOLBENVERDICHTER ................................................................ 353 7.1.2 MEMBRANVERDICHTER ............................................................ 362 7.1.3 TURBOVERDICHTER .................................................................. 365 7.2 GASMOTOREN UND GASTURBINEN IN DER ZUKUENFTIGEN WASSERSTOFFWELT ............................................................................... 366 7.3 EXPANSIONSANLAGEN IN WASSERSTOFFTRANSPORTSYSTEMEN ................ 372 8 DIE VERFLUESSIGUNG VON WASSERSTOFF ............................................. 379 8.1 DIE GRUNDLAGEN DER WASSERSTOFFVERFLUESSIGUNG .............................. 380 8.2 VERFLUESSIGUNGSPROZESSE ................................................................. 383 8.2.1 ERGAENZUNGEN ZUM VERFLUESSIGUNGSPROZESS ...................... 386 8.2.2 ZUR ENERGIEBILANZ DES VERFLUESSIGUNGSPROZESSES ............ 389 9 SPEICHER FUER DEN WASSERSTOFF ...................................................... 395 9.1 DIE UNTERTAEGIGE SPEICHERUNG VON WASSERSTOFF ............................... 398 9.1.1 GEOLOGISCHE VORAUSSETZUNGEN FUER DIE UNTERTAEGIGE WASSERSTOFFSPEICHERUNG ...................................... 399 9.1.2 GRUNDLAGEN DER UNTERTAEGIGEN SPEICHERUNG IN SALZKAVERNEN ..................................................................... 401 9.1.3 DAS SOLVERFAHREN VON SALZKAVERNEN ................................ 403 9.1.4 GASTECHNISCHE AUSRUESTUNG VON SPEICHERKAVERNEN ........ 406 9.1.5 WASSERSTOFF ALS BLANKETMEDIUM UND ALS SPEICHERGUT ... 408 9.1.6 KRITERIEN FUER DIE FESTLEGUNG DER BETRIEBSPARAMETER .... 411 9.1.7 DIE OBERTAEGIGEN SPEICHERANLAGEN .................................... 418 9.2 WASSERSTOFF IN ORTSFESTEN UND BEWEGLICHEN DRUCKBEHAELTERN .... 423 9.3 DIE SPEICHERUNG VON FLUESSIGEM WASSERSTOFF ................................ 427 9.4 ALTERNATIVE PHYSIKALISCHE SPEICHERVERFAHREN .............................. 429 9.5 STOFFLICHE WASSERSTOFFSPEICHER ....................................................... 430 10 ANWENDUNGEN FUER WASSERSTOFF .................................................... 435 10.1 ANWENDUNGEN IM INDUSTRIESEKTOR .................................................. 435 10.1.1 WASSERSTOFF ALS SCHLUESSEL ZUM KLIMANEUTRALEN STAHL ... 436 10.1.2 WASSERSTOFF ALS TEIL DER AMMONIAKSYNTHESE .................. 439 10.1.3 WASSERSTOFF WIRD ZU METHANOL .......................................... 441 10.1.4 WASSERSTOFF FUER PROZESSWAERME IN DER METALLVERARBEITENDEN INDUSTRIE ........................................ 442 10.2 WASSERSTOFF IM MOBILITAETSSEKTOR ................................................... 442 10.2.1 WASSERSTOFF IM OEFFENTLICHEN NAHVERKEHR .......................... 443 10.2.2 WASSERSTOFF IM SCHIENENVERKEHR ...................................... 444 10.2.3 WASSERSTOFF IM PKW-BEREICH ........................................... 447 10.2.4 WASSERSTOFF IM NUTZFAHRZEUGBEREICH ................................ 450 10.2.5 WASSERSTOFF IN WASSER-, LUFT UND RAUMFAHRZEUGEN .... 451 10.2.6 WASSERSTOFFTANKSTELLEN ..................................................... 453 10.3 WASSERSTOFF FUER BRENNSTOFFZELLEN ................................................... 457 10.3.1 DIE THERMODYNAMIK DER BRENNSTOFFZELLE ........................ 457 10.3.2 DIE BRENNSTOFFZELLE AM BEISPIEL DER PEMFC .................... 459 10.3.3 DIE ALKALISCHE BRENNSTOFFZELLE .......................................... 464 10.3.4 DIE PHOSPHORSAURE BRENNSTOFFZELLE .................................. 464 10.3.5 DIE SCHMELZKARBONAT-BRENNSTOFFZELLE .............................. 464 10.3.6 DIE OXIDKERAMISCHE BRENNSTOFFZELLE ................................ 465 10.4 WASSERSTOFF ZUR UMWANDLUNG VON TREIBHAUSGASEN ..................... 466 10.5 WASSERSTOFF IN LOKALEN NETZEN ....................................................... 472 10.5.1 BEURTEILUNG DER WASSERSTOFFVERSPROEDUNG ........................ 475 10.5.2 DER EINFLUSS DER ODORIERUNG AUF DIE WASSERSTOFFREINHEIT ......................................................... 479 10.5.3 ROHRNETZE ALS ENERGIESPEICHER FUER WASSERSTOFF .............. 480 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................ 489 ANHANG A ................................................................................................... 499 1 STOFFDATEN DES N-WASSERSTOFFS ........................................................ 499 1.1 T, S-DIAGRAMM .................................................................... 499 1.2 REALGASZAHLEN DES N-WASSERSTOFFS .................................... 500 1.3 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET ............................................ 501 1.4 ISENTROPENEXPONENT ............................................................ 501 1.5 H, S-DIAGRAMM .................................................................... 502 1.6 DIE WAERMELEITFAEHIGKEIT DES N-WASSERSTOFFS .................... 502 2 BRUCHMECHANISCHE WERKSTOFFKENNWERTE ...................................... 503 3 EXPLOSIONSSCHUTZ ............................................................................. 506 4 VERBRENNUNG VON WASSERSTOFF ........................................................ 507 5 SPEZIFISCHE ENERGIEKOSTEN IN DER PKW-MOBILITAET ........................ 508 6 ENTWICKLUNGSSZENARIEN DES WASSERSTOFFEINSATZES IN DEUTSCHLAND ............................................................................... 509 7 DATEN ZUR ELEKTROLYSE ...................................................................... 510 8 ZUR VERFLUESSIGUNG VON WASSERSTOFF ................................................ 514 9 ZUR SPEICHERUNG VON WASSERSTOFF .................................................. 515 10 TECHNISCHE REGELN IM RAHMEN DER WASSERSTOFFANWENDUNGEN .. 517 ANHANG B: EINHEITEN UND DEREN UMRECHNUNGEN ................................. 521 ANHANG C: FORMELZEICHEN UND EINHEITEN ............................................. 523 ANHANG D: ABKUERZUNGEN UND EIGENNAMEN ......................................... 531 INDEX .......................................................................................................... 535
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Der Einsatz von Wasserstoff verspricht die Lösung vieler damit verbundener Fragestellungen. In diesem Buch lesen Sie über die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff, insbesondere die Verträglichkeit mit den relevanten Werkstoffen und die unterschiedlichen Aspekte der Sicherheit im Umgang mit Wasserstoff die bedeutendsten Verfahren der Erzeugung, des Transportes, der Speicherung und der Nutzung von Wasserstoff die relevanten Technologiepfade und ihre wirtschaftlich ökologische Bewertung.In der 2., überarbeiteten und erweiterten Auflage wurden zudem u. a. folgende Themen ergänzt: Odorierung von Wasserstoff beim Transport durch Rohrleitungsnetze Wasserstoff-Microgrids als Basis der Wasserstoffversorgung soziale und ökologische Bewertungskriterien für Projekte aus dem Bereich der erneuerbaren Energien (grüner H).</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Umweltverträglichkeit</subfield><subfield code="0">(DE-588)4061655-1</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield 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