Flashcards in the set

Haven't started (20)

Beschreiben Sie die Eigenschaften von Wasserstoff?

  • Leichtestes Element (H₂)
  • Farblos, geruchlos, ungiftig
  • Sehr geringe Dichte
  • Hoher gravimetrischer Heizwert (~120 MJ/kg)
  • Sehr niedrige Zündenergie
  • Große Zündgrenzen
  • Hohe Flammengeschwindigkeit
  • Diffundiert sehr leicht durch Materialien

Was versteht man unter Löschabstand?

Der Löschabstand ist der minimale Abstand zweier Flächen, bei dem sich eine Flamme noch ausbreiten kann. Wasserstoff besitzt einen sehr kleinen Löschabstand und kann daher leicht in engen Spalten zünden.

Welche innermotorischen, verbrennungsspezifischen Eigenschaften von Wasserstoff können Sie nennen?

  • Hohe Flammengeschwindigkeit
  • Sehr niedrige Zündenergie
  • Großer Zündbereich
  • Hohe Klopffestigkeit
  • Keine Kohlenstoffemissionen (kein CO₂, kein Ruß)
  • Gefahr von Vorentflammungen und Rückzündungen

Warum ist der Einsatz von H2 im Verbrennungsmotor interessant?

  • Kein CO₂ aus dem Kraftstoff
  • Keine Rußbildung
  • Hohe Wirkungsgrade möglich
  • Nutzung vorhandener Verbrennungsmotortechnik
  • Schnelle Betankung

Stellen Sie wichtige Eigenschaften für den Einsatz von Wasserstoff im Verbrennungsmotor denen von Benzin gegenüber.

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Nennen Sie Zündgrenzen und das stöchiometrische Luftverhältnis.

  • Zündgrenzen: ca. 4–75 Vol.-% H₂ in Luft
  • Stöchiometrisches Luftverhältnis: λ = 1
  • Luftbedarf: ca. 34 kg Luft pro kg H₂


Wie hoch ist die Zündenergie von Wasserstoff? Was bedeutet diese Größenordnung für die Entzündbarkeit?

  • Zündenergie ca. 0,02 mJ
  • Dadurch extrem leicht entzündbar
  • Bereits kleinste Funken können eine Zündung auslösen

Skizzieren Sie eine „Well-to-Wheel“ Betrachtung CO2-Emission über Energiebedarf für E-Fahrzeuge, H2-Betrieb und Verbrennungsmotoren

  1. Batterieelektrisches Fahrzeug → niedrigster Energiebedarf
  2. Wasserstoff-Brennstoffzelle → höherer Energiebedarf
  3. Wasserstoff-Verbrennungsmotor → nochmals höher
  4. Benzin-/Dieselfahrzeug → höchste CO₂-Emissionen

In welchen Lambda-Bereichen sollte ein Verbrennungsmotor mit Wasserstoff betrieben werden? Begründung

  • Magerbetrieb mit λ ≈ 1,8–2,5
  • Dadurch sinken Verbrennungstemperatur und NOₓ-Emissionen

Skizzieren Sie den Druckverlauf im Zylinder über °KW in Abhängigkeit von Lambda für Wasserstoffbetrieb

  • Bei λ ≈ 1 maximaler Druck
  • Mit zunehmendem λ sinken Spitzendruck und Druckanstieg
  • Magerbetrieb führt zu niedrigeren Verbrennungstemperaturen

Skizzieren Sie die Verläufe von NOx, und Verbrennungstemperatur in Abhängigkeit von Lambda

  • Maximum der NOₓ-Bildung nahe λ ≈ 1
  • Mit steigendem λ sinken Temperatur und NOₓ stark ab

Welche Vor-/Nachteile hat eine Saugrohreinblasung von H2?

Vorteile:

  • Einfacher Aufbau
  • Geringere Kosten

Nachteile:

  • Verdrängung von Ansaugluft
  • Geringere Leistung
  • Gefahr von Rückzündungen


Welche Vorteile bietet eine Direkteinblasung von Wasserstoff? Was wird bei der Direkteinblasung als Strategie unterschieden?

  • Einspritzstrategie
  • Direkt einblasen bringt eine deutlich bessere Steuerung
  • Damit die bestmögliche Gemischbildung


Vorteile:

  • Höherer Füllungsgrad
  • Höhere Leistung
  • Geringere Rückzündungsgefahr

Strategien:

  • Frühe Direkteinblasung
  • Späte Direkteinblasung 


Wie wird heutzutage primär Wasserstoff gewonnen? Welcher Rohstoff liegt der Gewinnung zu Grunde?

  • Dampfreformierung von Erdgas
  • Rohstoff: Methan/Erdgas

Wie kann Wasserstoff „gewonnen“ werden?

  • Dampfreformierung
  • Elektrolyse
  • Biomassevergasung
  • Thermochemische Verfahren
  • Nebenprodukt chemischer Prozesse

Welche Problematik besteht bei Wasserstoff bezüglich Einsatzes im Fahrzeug?

  • Geringe volumetrische Energiedichte
  • Speicherung aufwendig
  • Lagerung da die Tanks sehr teuer und kompliziert sind
  • Kann durch Tanksysteme diffundieren
  • Hohe Drücke oder tiefe Temperaturen erforderlich
  • Infrastruktur begrenzt
  • Komplizierter Tankvorgang

Treffen Sie Aussagen zur Ausbreitung und zum Brandverhalten von Wasserstoff im Vergleich zu anderen Kraftstoffen

  • Steigt aufgrund geringer Dichte schnell nach oben
  • Hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit
  • Fast unsichtbare Flamme
  • Kurze Verweilzeit im Freien
  • Hohe Entzündbarkeit

Beschreiben Sie zwei unterschiedliche Speicherarten für Wasserstoff die im Fahrzeug vorwiegend Anwendung finden

  1. Druckgasspeicher: 350-700bar, häufigste Lösung
  2. Flüssigwasserstoffspeicher: ca. -253°, höhere volumetrische Energiedichte


Welche Alternative zu den gängigen Speichern für Wasserstoff kennen Sie? Aus welchem Grund erscheint die Metallhydrid Speicherung als nicht zielführend?

Alternative: Metallhydridspeicherung

Nachteil:

  • Sehr hohes Gewicht
  • Geringe gravimetrische Energiedichte
  • Langsame Be- und Entladung


Wirkt Wasserstoff auch als Treibhausgas?

Nein


Wasserstoff ist kein direktes Treibhausgas.

Er kann jedoch indirekt klimawirksam sein, da er chemische Prozesse in der Atmosphäre beeinflusst und dadurch die Lebensdauer anderer Treibhausgase verändern kann.