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Energiewende, alternative Energie

Wasserstoff: Meldungen

Meldungen

präsentiert von Michael Palomino

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24.4.2011: Wasserstoffantrieb mit Brennstoffzelle: Platin ist durch eine Legierung mit Eisen, Kobalt und Polyanilin ersetzbar

aus: Spiegel online: Mobile Stromquelle: Forscher entwickeln Billig-Brennstoffzelle; 24.4.2011;
http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,758633,00.html

<Aus Wasserstoff und Sauerstoff sollen Brennstoffzellen saubere Energie liefern. Doch noch kämpft die Technik mit Problemen. Bisher funktionieren die Zellen nur optimal, wenn sie teures Platin enthalten. Nun stellen Forscher eine günstige Alternative vor.

Viele Brennstoffzellen benötigen bislang teures Platin - doch in Zukunft sollen sie auch mit günstigeren Materialien arbeiten. US-Forscher haben das seltene Edelmetall nun erfolgreich durch einen Katalysator aus Eisen, Kobalt und der organischen Verbindung Polyanilin ersetzen können.

Erste Prototypen konnten mit Hilfe des Katalysators fast genauso effizient elektrischen Strom aus den Gasen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen wie klassische Brennstoffzellen. Die Forscher rechnen damit, die Herstellungskosten der Mini-Kraftwerke mit ihrer patentierten Entwicklung deutlich senken zu können - und so der Brennstoffzelle als mobiler Stromquelle zum Durchbruch zu verhelfen.

"Im Vergleich zu Platin ist das ein Katalysator zum Nulltarif", sagt Piotr Zelenay vom Los Alamos National Laboratory im US-Bundesstaat New Mexico. So könne die größte Hürde für Wasserstoff-Brennstoffzellen überwunden werden. Die Substanzen des neuen Katalysators - Eisen, Kobalt und Kohlenstoff - sind für einen Bruchteil der Kosten für Platin - derzeit bei knapp 1800 Dollar pro Feinunze - zu bekommen.

Möglich wurde dieser Schritt durch einen ausgeklügelten Syntheseprozess, den die Forscher im Fachmagazin "Science" beschreiben. Zelenay und Kollegen vernetzten Rußpartikel miteinander, umhüllten sie mit der organischen Verbindung Polyanilin und fügten Teilchen aus Eisen und Kobalt hinzu. So entstand bei Temperaturen von bis zu tausend Grad ein Katalysator, der in der Brennstoffzelle das Gas Sauerstoff mit Protonen verknüpfen konnte. Das ist einer der Teilprozesse bei der Stromerzeugung, bei der als Abfallprodukt keine schädlichen Abgase entstehen, sondern nur Wasser.

In mehreren Prototypen ersetzten die Wissenschaftler die Platinelemente an der Kathode einer Brennstoffzelle gegen ihren neuen Katalysator. Gespeist mit Wasserstoff und Sauerstoff konnten die Zellen hohe Leistungsdichten von mehr als einem halben Watt pro Quadratzentimeter bei elektrischen Ausgangsspannungen von bis zu einem Volt erzielen. Mit diesen Werten können die neuen Mini-Kraftwerke nach Angaben der Forscher sehr gut mit den klassischen Platinbrennstoffzellen mithalten. Auch die Haltbarkeit stellte das Team zufrieden: bis zu 700 Stunden bei nur geringem Leistungsverlust.

Bis die neuen Brennstoffzellen Elektroautos oder Laptops stundenlang mit Strom versorgen können, werden die Forscher Lebensdauer und Leistung noch weiter erhöhen müssen. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern könnten die platinsparenden Brennstoffzellen jedoch in einigen Jahren zur Marktreife gebracht werden, hoffen die Wissenschaftler. Eile auf dem Weg zur Vermarktung ist durchaus geboten - denn auch deutsche, japanische und chinesische Forschergruppen arbeiten an platinfreien Katalysatoren und günstigeren Brennstoffzellen.

wbr/dapd>

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Spiegel
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20.9.2011: Klärschlamm+Salzwasser+Bakterien = Wasserstoff und Abwasserreinigung

aus: Spiegel online: Bakterielle Zersetzung: Klärschlamm liefert Wasserstoffenergie; 20.9.2011;
http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,787096,00.html

<Klärwerk in Hessen (Archivbild): Abwasser reinigen und gleichzeitig Energie gewinnen.

Wasserstoff gilt als umweltschonender Energieträger der Zukunft. Jetzt präsentieren Forscher ein neues Rezept, um das Gas zu gewinnen - mit Klärschlamm, Salzwasser und Bakterien. Angenehmer Nebeneffekt: Das Abwasser wird gereinigt.

Hamburg - Aus Klärschlamm Energie gewinnen - diese Vision wollen US-Forscher umsetzen. Sie haben dazu ein Verfahren entwickelt, bei dem Bakterien in nur einem Schritt und ohne zusätzliche Stromzufuhr Wasserstoffgas produzieren. Das sei gelungen, indem man zwei bereits bekannte Technologien kombiniert habe, berichten die Wissenschaftler im Wissenschaftsmagazin "Proceedings of the National Academy of Sciences".

"Die Wasserstoffproduktion wird dabei von zwei Faktoren getrieben: Von der Zersetzung von organischem Material durch Bakterien sowie von der Energie, die aus dem Unterschied im Salzgehalt von Meerwasser und Süßwasser gewonnen wird", beschreiben Younggy Kim and Bruce Logan von der Penn State University das Prinzip.

Getestet haben sie ihr System mit einem Prototypen im Kleinmaßstab. Dabei konnten sie rund 25 Milliliter Wasserstoff pro Minute erzeugen. Hochgerechnet ergebe sich damit eine Wasserstoffproduktion von rund 1.000 Litern pro Tag und pro Kubikmeter, berichten die Wissenschaftler.

Mit der neuen Methode würde also reines Wasserstoffgas klimafreundlich und ohne weitere Stromzufuhr hergestellt werden, sagen die Forscher. Die Anlage funktioniere auch, wenn die Mikroben nicht mit Abwasser sondern mit anderen organischen Materialien gefüttert werden. In Kläranlagen eingesetzt, erfüllten sie allerdings einen doppelten Zweck: Sie reinigen das Abwasser und stellen Energie in Form von Wasserstof bereit.

Basis des neuen Systems ist eine mikrobielle Elektrolysezelle (MEC). In dieser zersetzen Bakterien organische Verbindungen und geben dabei Wasserstoff ab. Dieses Verfahren funktioniere aber nur dann, wenn man Strom einleite, sagen die Forscher. Diesen musste man bisher anderweitig gewinnen und das verringerte die Effektivität.

Spannung zwischen Süß- und Salzwasser

Dieses Problem habe man gelöst, indem man nun die mikrobielle Elektrolysezelle mit einem Verfahren zur chemischen Stromgewinnung gekoppelt habe, berichten die Wissenschaftler. Grundlage dieses zweiten Bausteins, der sogenannten reversen Elektrodialyse (RED), ist ein physikalisches Grundprinzip: Das Streben nach einem Konzentrationsausgleich zwischen Salz- und Süßwasser. Werden beide Wassersorten aneinander vorbeigeleitet und dabei durch eine dünne, halbdurchlässige Membran getrennt, baut sich eine Spannung auf. Diese kann, beispielsweise in Osmosekraftwerken, in Strom umgewandelt werden.

Ein solches RED-System aus nur fünf Kammerpaaren mit Süß- und Salzwasser habe man nun genutzt, um die Mikrobenzelle mit Strom zu versorgen, berichten die Forscher. Das resultierende System habe eine Energieeffizienz von 51 Prozent erreicht und genauso viel Wasserstoff produziert wie herkömmliche, mit externem Strom versorgte mikrobielle Elektrolysezellen.

Wasserstoff gilt als einer der Energieträger der Zukunft. Bei seiner Verbrennung hinterlässt es nur Wasserdampf; es entsteht kein klimaschädliches Kohlendioxid wie bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Erdgas, Erdöl oder Kohle.

Es gibt zurzeit mehrere Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas. Bei den meisten werden Biomasse oder Kohlenwasserstoffe zerlegt. Diese Methoden verbrauchen jedoch Strom. Wasserstoff als Energieträger gilt nur dann als umwelt- und klimafreundlich, wenn auch der Strom für seine Herstellung aus erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne oder Wasserkraft gewonnen wird.

wbr/dapd>

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