Brennstoffzellen in Zügen

Zitat von lol515

Kann man in Zügen die widerstandsfrei anfahren auch warme Eislutscher kaufen?

Nö, da Du mich missverstanden hast. Ein Widerstand als Bauteil setzt Energie in Wärme um, damit der Motor bei geringen Geschwindigkeiten nicht abfackelt
@Safter: Du denkst wie Ich. Heutzutage wäre es perfekt möglich umzusetzen, und auf vielen Strecken würde es klappen. Und da wir auf diesem Gebiet früher quasi alleinstehend in der Welt waren (nirgendwo sonst gab es so viele Akkutriebwagen), sollten wir, um uns einen Vorteil zu sichern, diese Rolle wieder übernehmen und zum Erfolg bringen.

"widerstandsfreies Anfahren" war schon sehr unglücklich ausgedrückt. Schreibe einfach "moderne Drehstromantriebstechnik" (mit Vierquadrantensteller und allem Zipp und Zapp) und gut ist.

Ah, jetzt verstehe ich. Denn abgesehen davon kämpft man beim Anfahren ja mit Losbrech-, Roll- und Luftwiderstand. Den kann man teilweise gar nicht weiter minimieren sonst haben wir das Problem, dass der Zug nur ungenügend negativ beschleunigt.

In Sachen Akku-Reichweite schauts leider ganz anders aus @Jeremy - schon die Studie ETLO 528 (Akku-Hybrid-628er) aus den 1980ern hat auf rückläufige Reichweiten gesetzt. Einen potentiellen Versuch, Blei-Säure-Akkus heutzutage TSI-konform zuzulassen, malen wir uns jetzt besser nicht aus

Das Problem der modernen BEMU sind nichtmal Rechnertechnik und Klima/Heizung (wenn auch ganz klar großer Einflussfaktor) - die Li-Ionen-Akkus mögen schlicht keine vollständigen Entladungen. Je geringer die Entladetiefe (DoD) pro Zyklus, umso (exponentiell) größer die Lebensdauer des Akkus. Und so lange ein Satz Energiespeicher pro Akkuzug siebenstellig kostet, kann man das nicht ganz vernachlässigen... so kommt's, dass man im Spannungsfeld Reichweite-Entladetiefe-Kosten einfach mehrdimensional optimieren muss. Während bei den E-Bussen 5-10% DoD üblich sind, hat sich BT für den Talent 3 in Akkuversion für 40% entschieden - wie sich das praktisch auswirkt, wird man sehen...

Die oben genannten 40km waren schon ernst gemeint - betriebliche und technisch mögliche Reichweite sind hier zwei Paar Schuhe. Auch die Vorzeige-Projekte in Japan (bspw. EV-E301) kommen nur auf 10-25km planmäßig überbrückter Oberleitungslücke. Dafür sind die LiIonen-Akkus schnellladefähig, so dass ein ausgedehnter Kreuzungshalt prinzipiell ausreichen kann, um für den Rest der jeweiligen Strecke nachzuladen. Klappt dann allerdings nicht mehr mit nem schnöden Elektranten Insofern schauen wir mal, welche betrieblichen Konzepte mit zusätzlichen Schnellladepunkten uns künftig noch erwarten

Zitat von FabiaLP

In meinen Augen ist das Öko an der Falschen stelle, man sollte erst mal den Emmisionsträger No. 1 eindämmen:

Weil's auf der Straße noch dreckiger zugeht auf sauberen Schienenverkehr verzichten?! Selbst bei Kleinst-Flotten, die nur eine Linie abdecken, geht es schnell um einige hunderttausend Liter Diesel jährlich, die eingespart werden könnten. Und das sind gerade mal die Leichtgewichte... vom schweren Güterverkehr auf der Schiene ist da noch gar nicht die Rede. Für den fehlt allerdings auch noch ein Rezept zum emissionsfreien Betrieb.

Zitat von MarioR

Geld regiert die Welt... wenn man danach geht, kann man gleich alle Forschungsprojekte sausen lassen, weil kost' ja Geld. Ob sich solche Züge wirklich rechnen, wird man sehen, sobald sie auch in größerer Stückzahl im Planbetrieb fahren.

Nö, so war das nicht gemeint - aber jedes mal zehn Millionen in H2-Tanke und deren Versorgung investieren? Solange genauso umweltfreundliche Alternativen mit geringeren Betriebskosten zur Verfügung stehen, kann man solche Förderungen schonmal hinterfragen. Ein Schelm, der große Versorger ihr Geschäft wittern sieht...

Zitat von MarioR

Dann muss man halt die Umläufe anders gestalten. Wo liegt da das große Problem?

Weil das bei halbierter Reichweite in nicht wenigen Fällen zum Fahrzeugmehrbedarf führt, der zusätzlich finanziert werden will.

Zitat von Safter

Das kapiere ich auch nicht, warum es das heute nicht mehr gibt, mit den vielen technischen Neuerungen die das ganze perfektionieren würden:

...vielleicht, weil heute niemand mehr säure-dampfend durch die Gegend schaukeln mag?! Entwickelt sind solche zeitgemäßen BEMUs inzwischen. In Japan fahren die ersten schon eine Weile, hierzulande kommen in den nächsten 1-2 Jahren Akku-Modelle von mehreren Herstellern auf die Schiene... muss halt nur jemand bestellen

Viele Grüße,
Benjamin

Zitat von FabiaLP

In meinen Augen ist das Öko an der Falschen stelle, man sollte erst mal den Emmisionsträger No. 1 eindämmen: das Auto

Die größten Umweltverschmutzer ist allerdings die Hochseeschiffahrt, das Auto ist nur Sündenbock Nr.1

Um mal auf das eigendliche Thema zu kommen, ich bin gespannt wie der Triebwagen sich im "Feldversuch" verhält, grade was Betankung, Treibstoffversorgung und Wetterfestigkeit angeht.
Was man allerdings nicht vergessen sollte ist das wir hier einen äußerst explosiven Treibstoff haben, mit den nicht zu scherzen ist. Ich möchte mir keinen Unfall damit vorstellen.

Man darf auch nicht vergessen, dass Wasserstoff gerne defundiert, sprich sich einfach quasi "in Luft auflöst". Eine 25kg Gasflsche (2,8mm Stahl) verliert so pro Tag etwa 50 g Wasserstoff. Und einen Tank zu bauen, der Wasserstoff-dicht ist, ist quasi unmöglich, dafür sind zwei Protonen mit je einem Elektron, dessen v. d. W.-Kräfte so gering sind, dass sich die Wasserstoffmoleküle schlicht durch (quasi) jede Art der Materie bewegen können, zwar werden die Moleküle gehindert, aber auf dauer nicht aufgehalten.
50g klingen zwar nicht nach viel, aber immerhin ist das die selbe Ei, wie etwa 80ml Diesel... also, Wasserstoff ist, solange man sie nicht mit schwefeldioxid und Sauerstoff reagieren lässt, nicht nur gefährlich, sondern auch noch flüchtig, dazu der miese Wirkungsgrad von Brennstoffzellen und die Hohen Kosten zur Erzeugung von Wasserstoff (egal ob Reduktionsverfahren, oder durch Elektrolyse).. Also aktuell ist das an sicher nicht Wirtschaftlich. Da wäre ich eher ein Fan von Euro 4 Diesel-Motoren, ohne AdBlue.... und warum kein Euro 6? Ganz einfach, Der Feinstaubausstoß ist weit aus schädlicher, als grober Ruß (Partikelgröße und Filterwirkung der Nasenhaare und der Porengröße von Pflanzlichen Zellen).

mfg

FabiaLP

Bin auf die Daten gespannt, die der "Feldversuch" erzeugen wird!

Es gibt Brennstoffzellen, die mit Methanol betrieben werden. Somit gibt es keine Probleme wie mit Wasserstoff.
Das Hauptproblem, was die Brennstoffzelle so teuer macht(e) ist das Platin, das bisherige Lösungen verwendeten.
Ich glaub, es sind Franzosen, die vor kurzem einen erheblich billigeren Katalysator vorstellten (??? aktuelles Spektrum der Wissenschaft ??? - jetzt um 4:00 schau ich nicht mehr nach). Das könnte die Brennstoffzelle nochmal attraktiv machen.

Zitat von FabiaLP

Wasserstoff ist, solange man sie nicht mit schwefeldioxid und Sauerstoff reagieren lässt, nicht nur gefährlich, sondern auch noch flüchtig,

Hm, ich glaube das hast du ein bisschen unglücklich formuliert. Du meinst sicher, dass H2 solange es nicht mit SO2 oder O2 reagiert, nicht gefährlich ist.

Bekannt aus der Schulchemie ist ja sicher die sogenannte Knallgasreaktion. Reagiert H2 mit O2 gibt es eine stark exotherme Reaktion, die einer Explosion gleicht.

Zitat von 120

Ich glaub, es sind Franzosen, die vor kurzem einen erheblich billigeren Katalysator vorstellten

Vielleicht wars Nickel, das kann auch als Katalysator verwendet werden.

Zitat von 120

Es gibt Brennstoffzellen, die mit Methanol betrieben werden.

Man kann auch Erdgas nehmen. Allerdings muss aus beidem der Wasserstoff erst gewonnen werden. Entweder durch Dampfreformierung, wodurch CO2 anfällt oder durch Cracken, wobei reiner Kohlenstoff entsteht. Beide Verfahren benötigen viel Energie. Das würde die Stromausbeute an Bord des Zuges nochmal deutlich reduzieren. Da muss man ein bischen rechnen, ob sich das lohnt. Die Lagerung von Wasserstoff wäre tatsächlich bei dieser Lösung mal kein Problem.

Achja und in Sachen Umweltschutz: aktuell ist das herkömmliche Verfahren zur Wasserstoffproduktion die Dampfreformierung, um Wasserstoff für die Düngemittelindustrie herzustellen. Dadurch werden unglaubliche Mengen an CO2 freigelassen. Hier ist sogar die Rede von einem Viertel des gesamt CO2 Ausstoßes in Deutschland. Da kann man sehen, was unsere intensivierte Landwirtschaft so alles beiträgt.

Zitat von BigBenjy

Nö, so war das nicht gemeint - aber jedes mal zehn Millionen in H2-Tanke und deren Versorgung investieren? Solange genauso umweltfreundliche Alternativen mit geringeren Betriebskosten zur Verfügung stehen, kann man solche Förderungen schonmal hinterfragen. Ein Schelm, der große Versorger ihr Geschäft wittern sieht...

Aber am Ende dreht es sich dann doch wieder nur um's Geld. Das hast du doch mit diesem Beitrag gerade geschrieben. Klar ist es schweineteuer die Erstausstattung einzurichten. Nur, wenn man irgendwann was erreichen möchte muss man nicht nur ein bisschen Geld, sondern sehr viel Geld in die Hand nehmen. Verstehe mich nicht falsch, hinterfragen kann man solche Investitionen sehr wohl... genauso kann man aber hinterfragen, wie es hier auf der Welt weitergeht, wenn plötzlich 7 Milliarden Menschen alle Reichtum, Wohlstand und zivilisatorische Zustände haben wollen. Mit Erdöl, Kohle und sämtlichen anderen fossilen Energieträgern wird man das ganze Problem sicher nicht lösen können...

Zitat von FabiaLP

Man darf auch nicht vergessen, dass Wasserstoff gerne defundiert, sprich sich einfach quasi "in Luft auflöst".

Das macht doch jeder gasförmige Stoff, sobald es einen Stoffmengengradienten gibt. Selbst bei unterschiedlichen Teilchendichtegradienten innerhalb eines Stoffes kommt es aufgrund der Brownschen Bewegung zur Diffusion.

Zitat von FabiaLP

Eine 25kg Gasflsche (2,8mm Stahl) verliert so pro Tag etwa 50 g Wasserstoff.

50gramm aus einer 25kg-Flasche sind lausige 2 Promille. Zumal das hier suggeriert, dass jeden Tag diese Menge an Wasserstoff durch das Ventil herauspisst, was aufgrund des immer niedriger werdenden Drucks in der Flasche auch nicht zutrifft. Der Austritt über die Zeit verläuft sicherlich nicht linear...
Übrigens würde mich eine Quelle ( Paper, Buch,...) für die Zahlen brennend interessieren. Vielleicht lerne ich ja noch was ^^.

Zitat von FabiaLP

Und einen Tank zu bauen, der Wasserstoff-dicht ist, ist quasi unmöglich, dafür sind zwei Protonen mit je einem Elektron, dessen v. d. W.-Kräfte so gering sind, dass sich die Wasserstoffmoleküle schlicht durch (quasi) jede Art der Materie bewegen können, zwar werden die Moleküle gehindert, aber auf dauer nicht aufgehalten.

Es ist immer eine Frage der Materialauswahl und des Designs. Natürlich, wenn man irgendeine Billigkonstruktion verwendet ist es klar, dass Wasserstoff an jedem Ventil herauslecken kann, das ist aber dann bei jedem leichterem Gas so. Und wenn die Gasbehälter so undicht wären, würde man sie sicher nicht auch in Chemiesammlungen von Schulen lagern können...

Zitat von FabiaLP

Brennstoffzellen und die Hohen Kosten zur Erzeugung von Wasserstoff (egal ob Reduktionsverfahren, oder durch Elektrolyse).. Also aktuell ist das an sicher nicht Wirtschaftlich.

Ich habe keine Zahlen vorliegen, wie teuer die Herstellung von Wasserstoff im Vergleich zu Diesel wirklich ist, kann mir aber nicht vorstellen, dass es die Welt kostet...

Zitat von FabiaLP

also, Wasserstoff ist, solange man sie nicht mit schwefeldioxid und Sauerstoff reagieren lässt, nicht nur gefährlich, sondern auch noch flüchtig

Flüchtig ist jedes Gas. Selbst Flüssigkeiten aus dem täglichen Leben sind flüchtig. Wasserstoff ist auch nicht gefährlicher, wie jedes andere Brennbare Gas. Ich habe bisher keinen Physiker gesehen, der schreiend davon gelaufen ist, nur weil er etwas machen musste, wo Wasserstoff mit dran beteiligt ist... Klar darf man während den Arbeiten mit dem Stoff nicht rauchen, kein offenes Licht betreiben usw. Das gilt aber gleichermaßen für Ethin, Methan, Ethan, Butan usw. etc pp

Zitat von FabiaLP

50g klingen zwar nicht nach viel, aber immerhin ist das die selbe Ei, wie etwa 80ml Diesel...

Worauf beziehst du dich bitte? Energieinhalt? Stoffmenge?

Zitat von FabiaLP

Da wäre ich eher ein Fan von Euro 4 Diesel-Motoren, ohne AdBlue.... und warum kein Euro 6? Ganz einfach, Der Feinstaubausstoß ist weit aus schädlicher, als grober Ruß (Partikelgröße und Filterwirkung der Nasenhaare und der Porengröße von Pflanzlichen Zellen).

Du weist aber schon, wofür AdBlue hergenommen wird? Du bist dir schon im klaren, dass man mit AdBlue direkt keine Partikelausstöße minimieren kann? Mit AdBlue vermindert man im SCR-Kat Stickoxid-Emissionen. Stickoxide sind dafür verantwortlich, dass Smog entsteht und zudem saurer Regen. Rußpartikelemissionen werden durch Partikelfilter minimiert. Es gibt verschiedene Methoden, um Stickoxide zu senken: Entweder EGR, womit aber durch die Herabsenkung der Verbrennungstemperatur auch der Wirkungsgrad des Motors, sowie der Rußaustoß erhöht wird, oder Rußpartikelfilter mit Adblue. EURO6-Fahrzeuge setzen alle drei Techniken ein, da sie sonst die Vorschriften nicht einhalten könnten...

Das Problem mit Wasserstoff sind keine "billigen" Ventile, sondern die bloße Eigenschaft des Stoffes, selbst durch Stoffe, wie massiven Stahl zu entweichen. Warum und wie es Funktioniert wurde auf vielen seiten und in vielen Literaturen genauer erklärt. Auch war meine Extase auf die Partikelgröße der Verbrennungsprodukte nur mit dabei, weil viele immer meinen, dass Feinstaub gleich Feinstaub ist. Und es ist eine Tatsache, dass die Partikelgröße bei Modernen Motoren der Klasse "Euro 6" deutlich kleiner, als die bei Motoren vorheriger Schadstoffklassen ist.

Die Aktuellen Vorschriften sind, wenn ich das mal sagen darf, utopisch, da man mittlerweile keinen Motor mehr Entwickeln kann, der hohes Drehmoment liefert, da durch die geringe Brennraumtemperatur, besonders bei Dieselfahrzeugen der Druck in den Zylindern sinkt und so weniger Drehmoment entwickelt wird. Auch der Trend zu immer geringerem Hubraum bei Motoren trägt nicht zur Kompensation bei.

die kommende Euro 7 Norm wird dem hoffentlich ein Ende bereiten, da um die neuen Werte einzuhalten wieder mehr Hubraum benötigt wird. Es besteht also Hoffnung, abald wieder Motoren mit mehr als 16l Hubraum in Eisenbahnfahrzeugen zu sehen.
Aber jetzt entfernen wir uns arg weit vom Thema.

mfg

FabiaLP

Zitat von FabiaLP

Warum und wie es Funktioniert wurde auf vielen seiten und in vielen Literaturen genauer erklärt.

Dann kannst du die Quellen auch einfach benennen, auf die du dich beziehst. Nenne mir die betreffende Literatur doch einfach, sodass ich mir selbst ein Bild von der Sache machen kann!

Zitat von FabiaLP

Die Aktuellen Vorschriften sind, wenn ich das mal sagen darf, utopisch, da man mittlerweile keinen Motor mehr Entwickeln kann, der hohes Drehmoment liefert, da durch die geringe Brennraumtemperatur, besonders bei Dieselfahrzeugen der Druck in den Zylindern sinkt und so weniger Drehmoment entwickelt wird. Auch der Trend zu immer geringerem Hubraum bei Motoren trägt nicht zur Kompensation bei.

Die aktuellen Vorschriften sind nicht utopisch, wieso auch? Lkws schaffen es doch auch die Grenzwerte einzuhalten, nur bei den PKW-Herstellern versucht man an allen Ecken und Enden zu mogeln...

Ich habe, umzugbedingt nicht viel Literatur mitgenommen, aber ein Buch habe ich durch den Technologie- und Werkstoffkundeunterricht im Gedächtnis, ist schon etwas älter: Probeentnahme und Analyse von Eisen und Stahl.
Dort wird bei der Untersuchung von Stahl die Wasserstoff-Methode erklärt: Durch Weicheisen kann kein Wasserstoff dringen, jedoch ist nicht Druckstabil, durch Stahl kann jedoch Wasserstoff entweichen.

Auch gibt es bei der Firma Linde einen eigenen Passus im Sicherheitshinweis, der die durchdringenden Eigenschaften von Wasserstoff genauer erklärt und vor diesen warnt, da es dadurch zu "unsichtbaren Lecks" kommen kann.

mfg

FabiaLP

Zitat von sgtalbers

Um mal auf das eigendliche Thema zu kommen, ich bin gespannt wie der Triebwagen sich im "Feldversuch" verhält, grade was Betankung, Treibstoffversorgung und Wetterfestigkeit angeht.

Ich erwarte rund um Bremerhaven nicht allzuviele neue Erkenntnisse - das Betankungssystem ist von H2-Bussen übernommen und einsatzerprobt. Spannend wären sicher reale, aussagekräftige Verbauchsdaten - ob aber eine Plattlandstrecke mit großen Haltestellenabständen und ohne ansatzweises Ausschöpfen der iLint-Höchstgeschwindigkeit solche hergibt?! Wind- und Wettertauglichkeit darf der iLint aber durchaus noch unter Beweis stellen

Zitat von MarioR

Aber am Ende dreht es sich dann doch wieder nur um's Geld. Das hast du doch mit diesem Beitrag gerade geschrieben. Klar ist es schweineteuer die Erstausstattung einzurichten. Nur, wenn man irgendwann was erreichen möchte muss man nicht nur ein bisschen Geld, sondern sehr viel Geld in die Hand nehmen. Verstehe mich nicht falsch, hinterfragen kann man solche Investitionen sehr wohl... genauso kann man aber hinterfragen, wie es hier auf der Welt weitergeht, wenn plötzlich 7 Milliarden Menschen alle Reichtum, Wohlstand und zivilisatorische Zustände haben wollen. Mit Erdöl, Kohle und sämtlichen anderen fossilen Energieträgern wird man das ganze Problem sicher nicht lösen können...

Natürlich kosten Innovationen Geld. Ich habe in keinem meiner Beiträge den Verbleib bei fossilen Brennstoffen gefordert, sondern vielmehr die aktuellen Akku-Hybridzüge als direkten Konkurrenten ins Spiel gebracht. Die sind energetisch, wirtschaftlich und betrieblich dem Wassertoffzug in vielen Betriebsfällen überlegen. Selbst Siemens als Fahrzeughersteller, der beim Mireo die Brennstoffzellenlösung als Range-Extender anbietet, bezeichnet den H2-Betrieb in der kleinen, wirtschaftlichen Nische im Bahnbetrieb als ineffizient. Es bleibt daher die Frage, wie sinnvoll das Geld in Wasserstoffzügen angelegt ist.

Die "Erstausstattung" suggeriert aber, es käme später bei weiterem Ausbau noch mehr Nutzen bei rum. Mal realistisch: wer sollte von einer Netzwirkung profitieren, wenn flächendeckende Bahn-H2-Tanken vorhanden wären? Der Nahverkehr befährt seine lokalen Netze und bleibt auch dort. Der Fernverkehr wird hierzulande größtenteils elektrisch gefahren - da blieben höchstens Nischen im hohen Norden bzw. ganz im Süden. Und im Güterverkehr? Davon abgesehen, dass die technische Eignung der Brennstoffzelle für Güterzugloks mindestens fraglich ist, bleibt der Wasserstoff für dieses preissensible Marksegment mittelfristig einfach zu teuer (vgl. unten) - hier hängt die Geldfrage übrigens ganz wesentlich von den politischen Rahmenbedingungen ab. Es dürfte mittelfristig also bei einer Tanke pro Nahverkehrs-Ausschreibungsnetz, in dem H2-Züge zum Einsatz kommen, bleiben. Ohne weitere Anwender aber auch keine Netzwerkeffekte. Das ist ein wesentlicher struktureller Unterschied zum (fehlenden) H2-Versorgungsnetz für Autos.

Zitat von MarioR

Ich habe keine Zahlen vorliegen, wie teuer die Herstellung von Wasserstoff im Vergleich zu Diesel wirklich ist, kann mir aber nicht vorstellen, dass es die Welt kostet...

Im Gegenteil: für den iLint wird die Dieselpreisäquivalenz bei 5-6€ pro kg(H2) angegeben. (Eine exakte Bezifferung ist nicht sinnvoll, da diese einsatzspezifisch wäre - der Zusammenhang zwischen Diesel- und H2-Verbrauch ist auf Grund der zusätzlichen Nutzbremsungen mit dem iLint ja nichtlinear.) Schon die Nutzung von H2 als industriellem Nebenprodukt übertrifft diese Grenze. "Grüner Wasserstoff" (per Onsite-Elektrolyse) dürfte die 10€-Grenze pro kg überschreiten. Rechtlich nicht abschließend geklärt ist die Frage der EEG-Belastung des Herstellungsstroms in diesem Fall - ohne Rabattierung sind bei prognostizierter Strompreisentwicklung sogar bis 13€/kg(H2) mitttelfristig realistisch.

Viele Grüße,
Benjamin