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Welche Isotope von Wasserstoff existieren und wie hoch ist ihr Anteil?
- Leichter Wasserstoff (Protium): 1
- Schwerer Wasserstoff (Deuterium): 10^(-4)
- superschwerer Wasserstoff (Tritium): 10^(-17)
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Wie hoch ist der Anteil der einzelnen Energieträger an der Bruttostromerzeugung in Deutschland?
- Braunkohle: 23,1%
- Steinkohle: 17%
- Kernenergie: 13,1%
- Erdgas: 12,1%
- Regenerative: 29,5%
- - Windkraft: 12,3%
- - Biomasse: 7,9%
- - Photovoltaik: 5,9%
- - Wasserkraft: 3,3%
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Wie hoch ist die Siedetemperatur von Wasserstoff und wie groß ist die Dichte in flüssigem und gasförmigen Zustand?
- Siedetemperatur: T_S = -252,77°C/20,38K
- Dichte (20,3 K und 1013 mbar) LH2: r(f) = 70,79 g/l
- Dichte (20,3 K und 1013 mbar) Gas: r(g) = 1,34 g/l
- Dichte (273,15 K und 1013 mbar) Gas: r(g) = 0,089 g/l
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Wie hoch sind die Zünd- und die Detonationsgrenzen für Wasserstoff in Luft?
- Zündgrenze: 4 Vol% ... 75,6 Vol%
- Detonationsgrenze: 18 Vol% ... 58,9 Vol%
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Wie lautet die Verbrennungsreaktion für Wasserstoff und welche Energie wird dabei frei?
H2 + 0,5O2 --> H2O + 289,5 kJ/mol
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Aus welchen Primärenergieträgern wird Wasserstoff gewonnen und wie hoch ist der jeweilige Anteil?
- Erdgas: 48%
- Öl: 30%
- Kohle: 18%
- Elektrolyse: 4%
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Wie groß ist das weltweite Produktionsvolumen von H2?
500 Milliarden m^3
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Wie lautet die Formel für partielle Oxidation von Methan? Ist diese Reaktion endotherm oder exotherm?
- CH4 + 0,5 O2 --> 2 H2 + CO + Q
- --> exotherme Reaktion
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Wie lautet die Formel für Dampf-Reformierung von Methan? Ist diese Reaktion endotherm oder exotherm?
- CH4 + H2O --> 3 H2 + CO
- --> endotherme Reaktion
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Wie lautet die Formel für die Wassergasreaktion und welche Energie wird dabei frei?
C + H2O --> H2 + CO + 131 kJ/mol
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Welche Speichermethoden für Wasserstoff existieren?
- - Speicherung von gasförmigem Wasserstoff in Druckbehältern
- - Speicherung von flüssigem Wasserstoff in vakuumisolierten Behältern
- - Einlagerung von Wasserstoff in Metallhydriden
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Wie viel Energie benötigt man zur Verflüssigung von Wasserstoff?
Zur Verflüssigung wird ca. 1/3 der im H2 gespeicherten Energie benötigt
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Wie groß ist die Abdampfrate eines Kryotanks?
Abdampfrate < 0,05 %/h oder: 1...3 %/d
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Was sind die Vorteile eines Komposittanks gegenüber eines Stahltanks?
- - Komposit leichter als Stahl
- - größere gravimetrische Dicht
- --> 14 Masseprozent (14 kg H2/ 100 kg Tank) gegenüber 2 Masseprozent
- - dabei bleibt volumetrische Speicherdichte jedoch gering
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Wie funktioniert die Verdunstungskühlung von LH2? Wie sieht die Skizze dazu aus?
- Der Speicher hat eine kleine offene Verbindung zur Umgebung, die abdampfende Wasserstoffmenge entspricht gerade der Menge, die durch Energiezufuhr, durch Wärmeleitung in den Tank hinein, verdampfen kann. Dadurch wird der restliche flüssige Wasserstoff immer auf Siedetemperatur gehalten.
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Um wieviel Prozent reduziert sich das Volumen von Wasserstoff durch Verflüssigung?
99,9%
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Warum sind LH2-Tank (PKW) mit 2 elektrischen Heizungen ausgestattet?
Wenn Kraftstoff aus dem Tank entnommen wird sinkt der Tank-Innendruck ab. Die Wiederherstellung des Druckniveaus kann über eine elektrische Heizung durchgeführt werden.
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Was für Speichermaterialien existieren für Hydridspeicher?
- - Metallhydridspeicher: Metalle (Palladium, Magnesium); intermetallische Verbindungen (ZrMn2)
- - flüssige Hydridspeicher: Methanol
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Wie groß ist die volumetrische Speicherdichte S_V von flüssigem Wasserstoff?
- - 2,13 kWh/l
- - 4,5 kWh/kg
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Wie läuft das Aufladen und Entladen von Metallhydridspeichern ab? Was muss thermisch beachtet werden?
- Aufladen:
- α-Phase:
- - leichter Überdruck: H2-Moleküle werden an Metalloberfläche katalytisch gespalten -> H-Atome entstehen -> H-Atome lagern sich in Metallgitter ein (werden gelöst)
- Druckerhöhung:
- - Wasserstoffkonzentration im Metallgitter steigt weiter an
- Ist Sättigung der α-Phase erreicht, bildet sich Metallhydrid (β-Phase) : Me + x/2 H2 <-> MeHX + Q
- Für Aufladung muss Speicher gekühlt werden.
- Entladen:
- Wärmezufuhr -> Umkehrung des Prozesses -> es entsteht ultra sauberer H2
- Durch verschiedene Legierungen kann man Druck- und Temperaturniveau anpassen
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Welche Elektrolyseur-Arten existieren?
- - alkalischer Elektrolyseur
- - PEM-Elektrolyseur
- - Hochtemperatur-Elektrolyseur
- - Festkörperelektrolyse
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Welche Reaktionen laufen bei der Elektrolyse ab?
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Warum wird Elektrolyse bei hohen Temperaturen betrieben? Wie groß ist momentan höchste Temperatur?
- Bei hoher Temperatur:
- - verringert sich der innere elektrische Widerstand
- - muss nicht mehr so viel Elektroenergie die dem Prozess zugeführt werden
- T_max = 900°C
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Welche technischen Komponenten benötigt man für einen Elektrolyseur?
- Kathode
- Anode
- Mittelelektrode
- Diaphragma
- Zellenrahmen
- Verteilleitung
- Speiserohr
- Überlaufrohr
- Gasabschneider
- Filter
- Pumpe
- erforderliche Komponenten für großtechnische Elektrolyse:
- Gleichstromerzeugung
- Elektrolyseur (Zellenblock)
- Speisewasser- und Elektrolytaufbereitung
- Gasreinigung
- Trocknungs- und Speichereinheit
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Um welchen Faktor müsste die installierte Kraftwerksleistung erweitert werden, wenn alle deutschen Autos mit Wasserstoff fahren würden?
die installierte Kraftwerksleistung müsste verdreifacht werden
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Wie heißen die Hochtemperaturverfahren mit denen thermo-chemisch Wasserstoff gewonnen werden kann?
- Hydrosol-Verfahren der thermischen Wasserspaltung (selektive Oxidation und Reduktion von Metalloxiden)
- Schwefelsäure-Hybrid-Kreisprozess (Westinghouse-Prozess)
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Wie lautet die Definition für eine Brennstoffzelle?
Eine Brennstoffzelle ist ein Gerät zur direkten Umwandlung von chemischer Energie in Elektroenergie (hocheffektive kalte Verbrennung)
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Wie sieht der prinzipielle Aufbau einer Brennstoffzelle aus?
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Was ist ein Elektrolyt?
- Als Elektrolyten werden wässrige Lösungen (z.B. von Säuren, Basen und Salzen), Salzschmelzen oder manche Festkörper (z.B. dotiertes Zirkonoxid in Brennstoffzellen) bezeichnet, die durch elektrolytische Dissoziation (Trennung und Auflösung) in Ionen elektrisch leitfähig sind.
- ==> Es findet ein Ladungstransport durch die Bewegung von Ionen statt
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Nenne drei Anwendungsgebiete für Wasserstoff in der Raumfahrt
- nukleare Raketenantriebe mit H2 als Antriebsmedium
- Versorgung mit elektrischer Energie
- ausgeschiedenes Wasser kann im Lebenserhaltungssystem verwendet werden
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Wie sind Nutzungsgrad und Wirkungsgrad definiert?
- Nutzungsgrad: ζ = Energie nach Umwandlung/Energie vor Umwandlung
- Wirkungsgrad: η = Leistung nach Umwandlung/Leistung vor Umwandlung
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Wie lauten die 3 Grundmechanismen der Flammenausbreitung und worin unterscheiden sie sich?
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Auf welchem thermo-chemischen Prinzip beruht die Sicherheits-Grubenlampe?
- Sir Humphry Davy und Michael Faraday erkannten 1840, dass ein hochexplosives Methan-Luftgemisch sich in engen Röhren mit weniger als 3,5 mm Durchmesser nicht mehr entzündete.
- Ein Drahtnetz oder Sieb mit ausreichend feiner Maschung um die Flamme nutzte diesen Effekt aus, die gute Wärmeleitung des Metalls senkt die Temperatur des brennenden Gases schnell unter die Zündtemperatur bzw. absorbiert Radikale, was eine Entzündung einer explosionsfähigen Atmosphäre außerhalb der Lampe verhinderte, jedoch den Austausch von Luftsauerstoff und Abgasen erlaubte
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Wie lauten die Reaktionsgleichungen für partielle Oxidation, Dampfreformierung und autotherme Reformierung für CH4?
- partielle Oxidation: CH4 + 0,5*O2 -->2*H2 + CO
- Dampfreformierung: CH4 + H2O --> 3H2 + CO
- + gleichzeitig Wassergas-Shift: CO + H2O --> H2 + CO2
- autotherme Reformierung: CH4 + 0,5*O2 --> 2*H2 + CO
- + gleichzeitig: CH4 + H2O --> 3*H2 + CO
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