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Freitag, 11. Oktober 2013

Aluminium als Benzin der Zukunft

Aluminium als Treibstoff

Auf den ersten Blick klingt die Idee etwas verrückt, Aluminium, das wir aus dem Bau von leichten Autos kennen, als Treibstoff zu verwenden. Aber das Verfahren, das die Israelische Firma Alchemie Research entwickelt hat, bedarf einer genaueren Betrachtung.
Reichweite eines Alydro Autos bei gleichen Bedingungen im Vergleich zu anderen Techniken (Quelle Alchemie Resarch)

Aluminium benötigt viel Strom

Bei der Herstellung von Aluminium wird sehr viel Strom benötigt. Derart viel Strom, dass dereinst das größte Wasserkraftwerke in Deutschland, das Innwerk in Töging, nur für die Aluminiumherstellung gebaut wurde.
Wenn aber die Herstellung von einem Kilogramm Aluminium 13kWh benötigt, dann sollte es auch möglich sein, diese Energie wieder zurückzugewinnen. Und genau das ist die Idee des neuartigen Energiespeichers Aluminium.
Leider geht das nicht ganz einfach, da Aluminium sich sofort mit einer Oxydschicht überzieht und damit für weitere Reaktionen nicht verfügbar ist. Der Vorteil, Alunminium "rostet" nicht, ist hier genau der Nachteil. 

Der Aluminiumreaktor

Die Lösung für das Problem ist ein kleiner Reaktor, bei dem Aluminiumkügelchen zusammen mit Wasser auf 900°C erhitzt werden. Dabei spaltet sich Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf, der Sauerstoff reagiert mit den Aluminiumkügelchen und oxidiert sie vollständig. Der Wasserstoff kommt in eine Brennstoffzelle, zusammen mit Sauerstoff aus der Luft kann damit bekanntlich Strom produziert werden.
Genaugenommen ist das Aluminium nur ein guter Trick, den Wasserstoff für die Brennstoffzelle bereitzustellen.

An der Aluminiumtankstelle

Möglicherweise fahren wir also zukünftig alle 2400km an die Aluminiumtankstelle, der 60 Liter Tank wird mit Aluminiumkügelchen gefüllt und das verbrauchte Aluminium, das in Form von Aluminiumoxid vorliegt, wird für das Recycling abgesaugt. 
Manchmal muss man noch etwas Wasser nachfüllen, wenn etwas Wasser aus der Brennstoffzelle entwichen ist, aber daran haben wir uns ja an der Tankstelle gewöhnt.
Beim aktuellen Aluminiumpreis würde eine solche Tankladung, 60kg Aluminium, 80€ ohne Steuern, kosten.

Sehr Umweltverträglich

Aluminium ist neben Sauerstoff und Silizium das dritt-häufigste Element der Erdkruste und damit weder Knapp noch besonders gefährlich. Im Tank, als Aluminiumkügelchen ist es völlig harmlos, selbst bei einem Autounfall gibt es keinerlei Probleme. Kein Vergleich mit einem auslaufenden Benzintank oder gar einem Wasserstoffdrucktank.
Aluminiumoxid ist derart Lebensmittelverträglich, dass wir sogar unser Pausenbrot in Alufolie einwickeln. 

Probleme

Leider gilt auch in diesem Fall, jede Technik hat auch Nachteile. Obwohl ich die Details der Technik aus Gründen der Vertraulichkeit nicht kenne, einige Überlegungen.
Herstellung von Aluminium: Der Energieaufwand bei der Herstellung von Aluminium ist, wie bereits angedeutet, hoch. Allerdings kann der notwendige Strom aus Wind- und Solarenergie gewonnen werden, am besten dort, wo diese natürlichen Ressourcen reichlich vorhanden sind. Da Aluminium mit 13kWh/kg eine höhere Energiedichte als Öl hat, sollte auch der Transport kein Problem sein.
Bei der Herstellung entsteht durch die Graphitelektrode etwas CO2, das sollte aber im Vergleich zu anderen Treibstoffen nicht überschätzt werden.
Technik im Auto: Für eine Auto mit "Aluminiumtreibstoff" benötigt man neben dem Tank zusätzliche einen Reaktor, der bei 900°C den Wasserstoff erzeugt. Weiterhin eine Brennstoffzelle und natürlich Elektromotoren. Möglicherweise ist dieser Aufwand zuerst bei großen Autos oder sogar LKW-Antrieben einfacher zu realisieren als im Kleinwagen. Dort könnte die Li-Batterie sinnvoller sein.
Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad des Aluminiumkonzepts ist leider schlecht. Aus den 13kWh/kg Aluminium, die bei der Produktion eingesetzt werden gehen nur 8,6kWh in das Aluminium. Bei der Umwandlung zu Wasserstoff und Sauerstoff im Reaktor gehen nochmals 25% verloren. In der Brennstoffzelle muss mit einem ähnlichen Verlust gerechnet werden. Verbleiben etwa 37% Wirkungsgrad.  
Nicht perfekt, aber im Vergleich zu vielen anderen Systemen vertretbar.

Fazit

Aluminium als mobiler Energiespeicher könnte eine große Zukunft haben, da die physikalischen Randbedingungen stimmen. Mit etwas Optimierung bestehen jedenfalls gute Aussichten, einen Energiespeicher für Schiffe, LKWs und große Autos zu haben, der eine sehr große Reichweite ermöglicht.
Ich wundere mich, warum man bei uns, soweit ich weis, kaum Forschung in diesem Bereich betreibt!

zum Weiterlesen:

Aktueller Bericht bei CBCnews (Juni 2014)

1 Kommentar:

  1. Danke für diesen Bericht. Er zeigt zum einen das einzigartige Innovationsklima in Israel auf (Gutes Buch dazu "Startup Nation Israel" von Saul Singer und Dan Senor) und dass beim Thema Energie in möglichst viele Richtungen gedacht werden muss, um die zukünftigen Energiesysteme zu entwickeln.
    Eine interessante Entwicklung in diesem Zusammenhang ist auch die Entwicklung der Firma Ambri (http://www.ambri.com/) die eine Batterie auf der Basis von flüssigen Leichtmetallen bauen wollen.

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