Tankstellen-Physik


Der Autoriese Mercedes Benz hat das Wasserstoffauto vor wenigen Jahren aufgegeben, da die Tankstellen ein derzeit unlösbares technisches Problem darstellen

Unterstellen wir für unsere physikalische Untersuchung, das es ein marktreifes Wasserstoffauto gibt, dieses Fahrzeug müsste nun auch sicherlich hin und wieder tanken fahren, doch genau dort fangen die wirklich großen physikalischen Probleme an und stoßen an (derzeit) unlösbare Grenzen.

Wir alle wissen, das Wasserstof ein hoch explosives Gas ist und eine sehr kleine Dichte besitzt - darum auch gasförmig.

Befüllen wir also einen Tanklaster mit Wasserstoff und schicken ihn zur Tankstelle, damit das dort bereits wartende Wasserstoffauto betankt werden kann. Der Laster knattert also los zur Tanke, befüllt dort den Bodentank der Tanksäulen. Das Wasserstoffauto tankt alsgleich das kostbare chemische Element H, bezahlt an der Säule und kanttert ebenfalls mit vollem Tank von dannen. Nach etwa 150km ist der Tank des Autos leider leer - denn wir erinnern uns, Wasserstoff hat eine sehr geringere Dichte als Benzin. Wir haben also ein erstes Problem festgestellt - die Reichweite des unkomprimierten Wasserstoff ist zu gering.

Ein mögliche Lösung des zuvor beschriebenen Problems kündigt sich bereits an, der Wasserstoff wird also einfach mit einem Kompressor verdichtet - komprimiert. Infolge dessen steigt die Dichte deutlich an und der Autotank kann mehr Inhalt aufnehmen.

Jedoch führt die Kompression (Verflüssigung des Wasserstoffgases) zu einem weiteren Problem, der Wasserstoff erhitzt sich auf sehr gefährliche Temperaturen (wir erinnern uns: Explosionsgefahr). Um dieses knifflige Problem zu lösen, könnte man die Verdichtung in mehreren zeitaufwändigen Schritten ablaufen lassen, bei denen der Wasserstoff nach jedem Kompressions-Schritt gekühlt wird, dann kann die nächste Kompressionsstufe beginnen.

Damit wir für unser modellhaftes Wasserstoffauto akzeptable Reichweiten erzielen können, muss der bis dahin gasförmige und hochexplosive Treibstoff auf etwa 800-1000 bar verdichtet werden. Dieser, selbst in der Physik, gigantische Wert von etwa 1000 bar kann nur von monströsen Kompressoren geleistet werden, die dafür sehr viel Zeit benötigen und wirklich viel Strom verschlingen.

Unterstellen wir das uns auch diese gigantische Hürde gelingt, steht nun der Kunde mit dem Zapfhahn in der Hand und möchte sein Fahrzeug betanken. Er steckt den Hahn in den Tankstutzen des Fahrzeugs und telefoniert nebenher noch mit seiner aufgebrachten Ehefrau am Smartphone. Eine unachtsame Sekunde oder nur die kleinste falsche Bewegung, würde die 1000 bar wie die Hölle auf Erden auf den tankenden Ehemann herniederbrechen lassen - er würde innerhalb von 10 -6 Sekunden förmich vaporisiert (nebst der gesamten Tankstelle).

Unterstellen wir weiterhin, das wir selbst den eigentlichen Tankvorgang so sicher gestalten können, das er absolut ungefährlich ist. Der Fahrzeugtank ist also mit einem wirklich unfassbaren Druck von 1000 bar aufgeblasen worden. In dieser gesamten Zeit müssen wir dafür Sorge tragen, das der Wasserstoff im Tank weiterhin kühl bleibt, denn die ungeheure Hitze des verflüssigten Gases muss dringend nach außen abgeführt werden. Dies wäre sicherlich durch installierte Kühlagregate im Auto möglich, die jedoch ebenfalls Treibstoff in irgendeiner Form benötigen.

Fazit

Die hypothetischen Betrachtungen dieses Artikels sind in keinster Weise Hirngespinste, sondern Relaität und Konsens bei den Ingenieuren der Autobranche. Insbesondere der Auto-Riese Mercedes Benz hatte lange an dem Modell des Wasserstoff-Autos festgehalten und dieses jedoch vor wenigen Jahren wegen der oben beschriebenen massiven physikalischen Probleme vollständig aufgegeben. Machen wir uns also nichts vor, in der aktuellen Dekade ist sicherlich nicht mit einem massentauglichen Wasserstoffauto zu rechnen, geschweige mit der Forschung an diesem Thema.


Glossen:



Datum: Tue, 29 Dec 2020 11:45:00 • Aufrufe: 249

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