Eigenschaften von Wasserstoff

Angaben zum Energiegehalt oder Brennwert werden in der Literatur meist in Joule bzw. kJ oder MJ angegeben. Auf dieser Seite sind alle Werte in Kilowattstunden [kWh] umgerechnet, da diese Einheit geläufiger ist.
Umrechnungen: 1 Joule = 1 Wattsekunde ; 3600 kJ (60 x 60) = 3,6 MJ = 1 kWh

Symbol H2
rel. Atommasse 1,008
Siedetemperatur bei 101,3 kPa -253 °C (20 K)
Schmelztemperatur -259 °C (14 K)
kritische Temperatur -240 °C (23 K)
kritischer Druck 13 kPa
spez. Verdampfungswärme 454 kJ/kg
Dichte bei 101,3 kPa 0,089 g/l
Dichte der Flüssigkeit 0,0708 kg/l
Energiegehalt je m3 0,267 kWh/m3
Energiegehalt je kg 33.3 kWh/kg
Volumenausdehnungskoeffizient 366 * 10-5/K
spezifische Wärmekapazität cp 14,32 kJ/(kg*K)
spezifische Wärmekapazität cv 10,17 kJ/(kg*K)
Wärmeleitfähigkeit 0,184 W/(m*K)
Schallgeschwindigkeit bei 20 °C 1286 m/s
Wellenlänge der Spektrallinien 656,2725 nm


Das Diagramm zeigt die Energiedichte von
gasförmigem Wasserstoff gaseous hydrogenous - GH2 bei 200 bar
Flüssig-Wasserstoff liquid hydrogenous - LH2 (-253 °C)
Magnesiumhydrid MgH
Eisen-Titan-Hydrid FeTiH
Flüssig-Methan (-162 °C)
Methanol
Super-Benzin und
Kerosin
in Bezug auf Masse (rote Balken) und Volumen (blaue Balken). Dabei sind nur die Treibstoffe selbst aufgeführt. Gewicht und Volumen der für den jeweiligen Stoff notwendigen Tanks und Zusatzeinrichtungen (z.B. Vakuum-Isolierungen) sind in diesem Diagramm noch nicht berücksichtigt.

Diagramm in voller Größe
Diagramm 1 . . . . . . Quelle: eigene Darstellung

Wie das Diagramm zeigt, ist die volumenbezogene Energiedichte von Wasserstoff mit maximal 2,36 kWh/Liter im flüssigen Zustand bzw. max. 3,36 kW/Liter im Metallhydrid sehr niedrig und erfordert bei vergleichbarer Reichweite ein großes Tankvolumen. Wenn der Platzbedarf eine große Rolle spielt, ist die Verwendung von Wasserstoff evtl. mit Nachteilen wie z.B. einem verkleinerten Laderaum oder verringerter Reichweite verbunden. Bei Metallhydrid wirkt sich das hohe Gewicht zusätzlich negativ aus.

Die gewichtsbezogene Energiedichte ist mit 33,3 kWh/kg jedoch höher als bei jedem anderen Energieträger. Deshalb ist Wasserstoff umso besser geeignet, je mehr auf das Eigengewicht des Treibstoffs geachtet werden muss (Raumfahrt, Langstrecken-Flugzeuge)

Metallhydride haben den Vorteil, dass sie eine hohe Sicherheit bieten. Diese erkauft man sich jedoch mit einer geringen Energiedichte - was zwangsläufig schwere und voluminöse Tanks oder geringe Speichermengen zur Folge hat. Magnesiumhydrid ist dabei im Vergleich mit anderen Hydriden noch am günstigsten, benötigt aber eine Arbeitstemperatur von 300°C um den Wasserstoff wieder abzuspalten. Ein solcher Tank muss vor der Inbetriebnahme erst einmal aufgeheizt werden. Eine Verringerung des Gewichts ist bei den Metallhydriden kaum zu erwarten, da das Gewicht aller Atome des Periodensystems im Vergleich zu Wasserstoffatomen immer um ein Vielfaches höher ist - jede Speicherung in Form einer chemischen Verbindung wird also immer um ein mehrfaches schwerer sein als der gespeicherte Wasserstoff. (Bereits Helium hat die 4fache Atommasse, ist jedoch als Edelgas für chemische Bindung von Wasserstoff nicht nutzbar. Das leichteste für diesen Zweck (theoretisch) nutzbare Metall wäre Lithium - Atommasse:6,94)

Günstiger erscheint die chemische Bindung an Kohlenstoff - der hat zwar die Atommasse 12, ein Kohlenstoffatom kann aber bis zu 4 Wasserstoffatome binden. Aus diesem Grund versuchen einige Pkw-Hersteller wie DaimlerChrysler Methanol ( CH3OH ) als Kraftstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge einzusetzen. Methanol hat außerdem den Vorteil, dass es eine Flüssigkeit ist und sich deshalb fast so einfach wie Benzin handhaben läßt. Sogar die heutigen Tankstellen könnten weitgehend genutzt werden. Nachteilig ist jedoch, dass an Bord der Fahrzeuge Reformer benötigt werden. Außerdem wird bei der Verbrennung auch CO2 freigesetzt. Nur wenn dieses CO2 bei der Herstellung von Methanol aus der Atmosphäre entnommen wird, entsteht ein geschlossener Kreislauf.


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