Methanolbrennstoffzelle emissionsfreier und nachhaltiger Antrieb

Hallo ihr beiden!

Ich habe einen sehr wichtigen Punkt zum Thema E-Mobility und Wasserstoff / Brennstoffzellen anzumerken, der eine Bahnbrechende Entwicklung zugrunde liegt. Es geht um die Methanol-Brennstoffzelle, durch die man tatsächlich einen emissionsfreien und verbrennungsmotor äquivalenten Antrieb im Auto hat.

Die Problematik mit Verbrennungsmotoren, dem CO2 etc.
Bei Wasserstoff die teure Handhabung, Betankungsproblematik, Tankstelleninfrastruktur etc.
Bei Elektro Autos die schlechte Umweltbilanz, knappe Reichweite, Ladeinfrastruktur, Ladezeit etc. habt ihr alles schon genannt.

Viele dieser Punkte fallen bei Nutzung der Methanolbrennstoffzelle im Auto weg.

Die Zukunft wäre die Methanol Brennstoffzelle. Man hat eine Batterie im Auto und diese wird mit Strom versorgt über die Brennstoffzelle, indem das Methanol als Energieträger dient.
Man tankt flüssiges Methanol, dies wird in der Brennstoffzelle oxidiert mit Luftsauerstoff und daraus kommt CO2 und H2O. Der somit erzeugte Strom wird in einer Batterie gespeichert bzw direkt genutzt. Die Reichweite ist dadurch gleichhoch wie beim Verbrennungsmotor.

Das Methanol hat man vorher durch Elektrolyse und CO2 gewonnen.

Der benötigte Wasserstoff braucht zur Erzeugung Strom, der aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft gewonnen werden kann, um eine klimaneutrale Produktion des Methanols zu erreichen.

Man nutzt regenerativen Strom von z.B. Windkraftanalgen und speichert das in Form von Power-to-Gas durch Elektrolyse von Wasser in H2. Das H2 kann man mit CO2 zu Methanol CH3OH reagieren lassen. Somit ist das ausgeschiedene CO2 nicht zusätzlich dem Kreislauf hinzugefügt worden, sondern wurde vorher nur aus der Luft entnommen und dann wieder freigesetzt (neutrale Bilanz).

Vorteile: Man kann überschüssigen Strom sinnvoll sparen in H2 und das als flüssigen Energiespeicher in Form von Methanol CH3OH speichern.

Die Infrastruktur fürs Tanken ist vorhanden, das kostet wenige tausend Euro, eine Tankstelle umzubauen und einen Speicher bzw Zapfsäule für Methanol umzurüsten.

Klimaneutrale Produktion von grünem Wasserstoff und Methanol, denn die Elektrolyse kann man überall auf der Welt durchführen mithilfe eneuerbarer Energien

Wasser und Methanol sind sehr billig und damit günstiger als Erdöl oder Erdgas.

Betankung dauert nicht länger als 3 Minuten

Neue Jobs werden geschaffen in der gesamten Kette

Und ja solche Autos gibt es schon und ja das lässt sich problemlos in Serie herstellen. Vom Smart bis zum Supersportwagen gibt es schon Autos mit dem Antrieb.

Das hört sich revolutionär an und es ist auch, aber leider ist durch fehlendes Interesse seitens der Autolobby, Öllobby, Wasserstofflobby und Elektolobby eine Investition und Förderung dahingehend nicht geschehen.

Umweltverbände und Wissenschaftler sollten sich zusammen dahinterstellen.

Siehe Quellen:
https://drive.google.com/file/d/1bN6uhmmAUeNuHtCsWmQsG8UC8f2LqHTn/view?usp=sharing

ich habe eine (erste) Frage: wie ist denn der Wirkungsgrad? Bisher war mein Bild, dass wir nicht alle Privat-Pkw mit Wasserstoff (gewonnen aus Elektrolyse aus erneuerbaren Energien) versorgen können. Zusammen leben mit dem Energie-Bedarf für die Industrie ist das einfach nicht genug. Daher sollte man Elektrolyse-Erzeugnisse lieber dort anwenden, wo es keine Alternative mit schlechterem Wirkungsgrad gibt.
Oder hast du eine andere Sicht?

Hallo SouSam, hierbei geht es um das flüssige Methanol (ein Alkohol) als Energieträger des Wasserstoffs im Tank, nicht um das herkömmliche Gas Wasserstoff. Wasserstoff ist ja nur H bzw H2 und das ist im Methanol gebunden als CH3OH. Der Wirkungsgrad der Methanol Brennstoffzelle beträgt 40%.
Meine Vorstellung der Anwendung ist erstmal vorgesehen für die Automobilbranche. Ein nachhaltiges und langfristiges Ziel, welches wir erreichen können auf dem Weg zum Emissionsfreien Verkehr.

Siehe RG Nathalie von Roland Gumpert für ein Praxisorientiertes Beispiel wie sowas schon in super Sportwagen zum Einsatz kommt.

Bei den Elektrolyse Erzeugnissen stimmt es, dass man sie möglichst dort umwandeln oder verwerten muss, wo man sie gewinnt, denn die Speicherung ist extrem schwierig und der Transport wäre eine ganz andere Hürde. Deshalb ist der sinnvollere Ansatz, das H2 aus der Elektrolyse durch erneuerbaren Energien
mit CO2 ( direkt gefiltert aus Abgasen vom „Kamin“ einer großen Industrie ) vor Ort mit Katalysatoren reagieren zu lassen und das Methanol dann als gute und sichere Energiequelle zu betrachten. Lagerung und Transport wären problemlos möglich.

Hi! danke soweit. Genau, bei herkömmlichen Wasserstoff ist das Resultat deiner Elektrolyse Wasserstoff, bei dir ist es Methanol.

Die Frage nach dem Wirkungsgrad betrifft nicht nur den Motor sondern die gesamte Kette: von der Energiegewinnung bis zum Antrieb des Autos. Kurz gegoogelt, liefert schon


diese Einschätzung. Ich kann mir kaum vorstellen, dass die Kette Methanol-Elektrolyse -> Tank -> Motor -> Straße effizienter ist.

Ich weiß auch nicht, wie eine lokale Erzeugung des Methanols in der Nähe der anfallenden Energie helfen soll. Das macht den Wirkungsgrad auch nicht besser. Das wäre nur sinnvoll, wenn dort wirklich zu viel Energie vorhanden wäre.

Als weitere Anmerkung noch: muss man den Treibstoff auch noch verteilen, ist der Gesamt-Wirkungsgrad ja noch schlechter - man muss diese Energiekosten auch noch berücksichtigen. Da ist so ein Stromnetz zur Bereitstellung für Batterie-elektrisches Fahren schon gar nicht so unpraktisch zur Verteilung.

Hi, zuverlässige Zahlen aus der Literatur kann ich dir im Vergleich beim Wirkungsgrad von Wasserstoff vs Methanol in der Brennstoffzelle leider nicht liefern.
Aber was feststeht, ist dass die Speicherung beim Wasserstoff so, ist dass je größer dein Speichertank ist, du umso mehr Geld und Energie aufbringen musst.
Also das ist wirklich nicht Vergleichbar, was das für ein Aufwand wäre für die Infrastruktur zum Lagern, Transportieren und Tankstellen umrüsten beim Wasserstoff, im Vergleich zum Methanol.

Die lokale Erzeugung vom Methanol beim Anfallen vom CO2 ist in Hinblick auf die Skalierbarkeit und dem ökologischen Aspekt sehr wichtig. So können Milliarden Liter von Methanol erzeugt werden und gleichzeitig „CO2 Abfall“ sinnvoll verwertet werden. Das wird in Zukunft mit den CO2 Zertifikate sehr wichtig werden, denn Unternehmen hätten dadurch einen Weg, um ihre CO2 Emissionen zu senken. Natürlich sollte das Ziel weiterhin sein, die Industrie komplett klimaneutral bis 2050 umzurüsten, aber bis dahin wäre diese Methode (rein ökologisch betrachtet) bestens geeignet, Methanol aus umweltfreundlich herzustellen.

„Zu viel Energie“ gibt es nicht, aber halt bestimmte Zeiten, an denen der Strom, der erzeugt werden kann, nicht direkt gebraucht wird.

Das Verteilungsproblem hat man mit jedem Treibstoff, bei Methanol braucht man minimale Umrüstungen an Tankstellen, denn die gesamte Infrastruktur besteht schon bereits. Man könnte binnen Wochen alle Tankstellen in Deutschland so Nachrüsten, dass es eine Methanol Zapfsäule geben würde und das bei sehr geringen Kosten. Bei Wasserstoff sieht das ganz anders aus.

Was Batterien und unser Stromnetz angeht, da braucht man sich nur kurz paar Zahlen angucken.
Ich will da nicht näher drauf eingehen, da kann man einfach kurz googlen und sehen, dass stundenlange Ladezeiten nicht realistisch sind für die breite Bevölkerung, die Leistung im Stromnetz müsste permanent auf dem maximalen Level vorgehalten werden. „Wenn 1/54 der Deutschen gleichzeitig ihr Elektroauto laden wollen würden, dann würde das 6 fache der aktuellen gesamten elektrischen Energie im deutschen Stromnetz benötigt werden“
Umweltschäden und Recurrensen Verbrauch (für 1 Tonne Lithiumsalzabbau verbraucht man 2.000.000 l Wasser). Höheres Gewicht der elektro Autos etc…

Werter Najib,

ich nehme mir mal die Zeit, mich mit Ihrer Argumentation, die übrigens besser unter den Themenvorschlägen platziert gewesen wäre, etwas gründlicher zu befassen.

Ich mache mir die Mühe, weil ich glaube, dass wir es uns gesellschaftlich nicht mehr leisten können, ständig mit irgendwelchen Zukunftsversprechen (Grüner Wasserstoff, Green Fuels, Brennstoffzellen) hingehalten zu werden, während es bereits erwiesenermaßen gangbare Lösungen für PKW gibt, die sofort in den Markt gelangen können und müssen. Die genannten Techniken haben alle ihre Berechtigung und müssen weiter erforscht werden, damit wir sie in 10 Jahren für das Klima nutzbringend dort einsetzen, wo sie effizient sein können Luftfahrt, Schwerverkehr, Industrie. Und ich mache mir die Mühe, weil ich es leid bin, dass ständig mit falschen Aussagen - wie in Ihren Beiträgen - die notwendigen Lösungen diffamiert werden.

Dass die Methanol-Brennstoffzelle funktioniert, bezweifelt niemand; das zeigen ja auch die von Ihnen in Ihrer „Quellen.txt“-Datei verlinkten Werbefilmchen der Firma Gumpert.

Genau das besagen auch die von Ihnen angeführten Studien von Fraunhofer (2014, Ergebnis: „müsste man mal einen Prototyp bauen“) und ETH Zürich gemeinsam mit dem Mineralölkonzern Total (2019).

Weiter schreiben Sie, E-Autos hätten eine schlechte Umweltbilanz. Sofern Sie damit auf die Batterieproduktion referenzieren, erübrigt sich das Argument, weil Brennstoffzellen-Fahrzeuge stets eine zusätzliche Batterie benötigen. Die Brennstoffzelle kann keine kurzfristigen Spitzenleistungen abgeben, sondern liefert kontinuierlich in einem bestimmten Leistungsfenster. Die Batterie ist erforderlich, um stärker zu beschleunigen bzw. bestenfalls aus der Rekuperation (elektrisches Bremsen) Energie aufzunehmen. (Ihre Quelle: Blue World Technologies, „Typical specifications: 15-25 kWh battery pack“) Hinzu kommen die erforderlichen Edelmetalle und Seltenen Erden für den Katalysator der Zelle.

Zum Wirkungsgrad von Batteriefahrzeugen gegenüber Wasserstoff oder „Green Fuels“ verlinke ich ein ausführliches PDF der AGORA Verkehrswende.
(https://www.agora-verkehrswende.de/fileadmin/Projekte/2019/Klimabilanz_Batteriefahrzeugen/32_Klimabilanz_strombasierten_Antrieben_Kraftstoffen_WEB.pdf)

Wenn nun schon die Wasserstoff-Brennstoffzelle einen so schlechten Wirkungsgrad „Well2Wheel“ hat, kann man auch ohne Physikstudium absehen, dass diese Elektrolyse mit einer zusätzlichen Synthese mit CO2 zu Methanol nicht besser sein kann.

Und woher soll das CO2 kommen? CO2 ist ein Spurengas und müsste für prozessfähige Mengen unter hohem Energieaufwand aus der Luft gewonnen werden. Sie führen als Argument an, das CO2 könne aus industriellem Ausstoß stammen. Das würde aber bedeuten, dass das CO2 in der Methanol-Brennstoffzelle nur eine „Ehrenrunde“ dreht, bevor es dann doch emittiert wird.

Den an dieser Ehrenrunde beteiligten – hoffentlich grünen – Wasserstoff benötigen wir aber dringendst, um genau diese Industrieprozesse (z.B. Stahlgewinnung) so umzustellen, dass CO2 gar nicht erst freigesetzt wird.

Am Ende Ihres letzten Beitrags wird es dann ganz sportlich:

„Was Batterien und unser Stromnetz angeht, da braucht man sich nur kurz paar Zahlen angucken.
Ich will da nicht näher drauf eingehen, da kann man einfach kurz googlen…“

Schade, dass Sie keine konkrete Quelle benennen, denn woher haben Sie das?

„Wenn 1/54 der Deutschen gleichzeitig ihr Elektroauto laden wollen würden, dann würde das 6 fache der aktuellen gesamten elektrischen Energie im deutschen Stromnetz benötigt werden“

Erstmal insgesamt zum Strombedarf:

Laut Kraftfahrbundesamt gab es Ende 2018 in Deutschland 47 Mio. PKW.
(https://www.kba.de/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/Jahresbilanz/2019/2019_b_barometer.html?nn=2712160)

Diese haben eine Gesamtfahrleistung von 630.843.000.000 Kilometern zurückgelegt.
(https://www.kba.de/DE/Statistik/Kraftverkehr/VerkehrKilometer/verkehr_in_kilometern_node.html)

Bei einem angenommenen hohen Verbrauch von 20 kWh / 100 km (entspricht übrigens ca. 2 l Diesel) ergäbe sich ein Jahresverbrauch 126 TWh.

Die deutsche Jahresstromproduktion beträgt um die 600 TWh.
(https://www.destatis.de/DE/Themen/Branchen-Unternehmen/Energie/Erzeugung/Tabellen/bruttostromerzeugung.html)

Wenn man nun berücksichtigt, wieviel Strom dann nicht mehr für die Raffinierung der fossilen Treibstoffe und deren Verteilung (Tankstellen mit Pumpen und Beleuchtung) erforderlich wäre, ist es also gar nicht unrealistisch, die gesamte Flotte zu elektrifizieren. Und das kann ja nicht das ökologische Ziel sein. Die Fahrzeugzahl muss und wird in den kommenden Jahrzehnten deutlich reduziert sein und durch andere Verkehrsangebote ersetzt und ergänzt werden.

Nun zu Ihrer Rechnung:

Die kontinuierlich im deutschen Stromnetz verfügbare Leistung liegt um die 70 GW.
(https://www.agora-energiewende.de/service/agorameter/chart/power_generation/21.06.2019/21.06.2020/)

Das 6-fache wären folgerichtig 420 GW

„1/54 der Deutschen“ (ich nehme an deutschen PKW) wären bei den besagten 47 Millionen also
870.000 Fahrzeuge, die gleichzeitig laden.

(420 GW = 420.000 MW = )
420.000.000 kW / 870.000 PKW = 482 kW Ladeleistung / PKW

Alle Achtung! Die größten verbauten Ladeleistungen gehen heute in Richtung 350 kW und können allenfalls vom Porsche Taycan genutzt werden. Tesla zieht bei Schnellladung anfangs um die 150 kW.

Rechnen wir mal anders herum, nämlich mit gleichzeitiger nächtlicher Ladung über 10 Stunden mit geringer Leistung. Das reicht dem E-Auto nämlich völlig aus:

870.000 PKW x 3,6 kW (230 Volt, 16 Ampere) = 3.132.000 kW (=3.132 MW = gut 3 GW)

mithin 1/20 der verfügbaren Leistung.

Und auch dazu wird es nicht kommen, weil nicht jedes E-Auto jeden Tag die ganze Nacht lädt. Für die durchschnittliche Fahrleistung der breiten Masse von ca. 30 km täglich werden nämlich nur 7 kWh benötigt, also etwa zwei Stunden Ladezeit. Hierfür gibt es schon heute intelligente Lastmanagementlösungen für Sammelgaragen.

Und nochmal zu Ihrer Rechnung:

Wenn besagtes 1/54 der Deutschen gleichzeitig an die fossile Tankstelle fährt, dann wären das bei etwa 14.000 Tankstellen 62 Autos, die gleichzeitig anstehen und warten. Das wäre je Tankstelle ein Rückstau von etwa 300 Metern.

Merken Sie selbst: Da bricht eher der Straßenverkehr zusammen als das Stromnetz.