Alternative Prozesse zur Nutzung fossiler Brennstoffe

Abstract

Alternative Prozesse zur Nutzung fossiler Brennstoffe Die Entwicklung alternativer Prozesse zur Nutzung fossiler Brennstoffe wird mit dem Ziel durchgeführt, den Umwandlungswirkungsgrad in elektrische Energie zu verbessern und die Prozesstechnik zu vereinfachen. Bei den in den vorhergehenden Kapiteln betrachteten Prozessen führt man die jeweilige Primärenergie zunächst in Wärmë uber. In einem weiteren Schritt wird dann die Wärme mittels eines thermodynamischen Kreisprozesses in mechanische Arbeit umgewandelt. Der thermische Wirkungsgrad des Umwandlungsprozes-ses ist dabei durch den 2. Hauptsatz in der Form des Carnot-Faktors η C be-grenzt, welcher vom Verhältnis der Temperaturen von der Wärmeabfuhr zur Wärmezufuhr gemäß (3.13) abhängt. Zur Erreichung hoher Wirkungsgrade bestehen zwei Möglichkeiten: • Es werden Umwandlungsprozesse gewählt, bei denen der Zwischenschrittüber Zwischenschritt¨Zwischenschrittüber die Wärmeenergie vermieden wird • Das Temperaturverhältnis aus ab-und zugeführter Wärme wird mini-miert 15.1 Brennstoffzellen 15.1.1 Grundlagen Nach dem 2. Hauptsatz ist der Wirkungsgrad der Energieumwandlung am höchsten, wenn sie auf reversiblem Weg erfolgt. Bei dem WegüberWeg¨Wegüber die Ver-brennung wird die Irreversibilität durch den unkontrollierten Elektronen-austausch zwischen den Reaktionspartnern bei der Verbrennung verursacht. Der Elektronenaustausch kann auf kontrolliertem Weg vorgenommen werden, wenn die Brennkammer durch eine Elektrolysezelle ersetzt wird. In solchen Zellen werden die ElektronenüberElektronen¨Elektronenüber einen Leiter ausgetauscht, der direkt mit einem Verbraucher elektrischer Energie verbunden werden kann. Die chemi-sche Energie des Brennstoffes wird dabei direkt in elektrische Energie um-gewandelt. Energieumwandlungssysteme, die nach diesem Prinzip arbeiten, nennt man Brennstoffzellen. Der Aufbau einer solchen Zelle ist in Abb. 15.1 schematisch dargestellt.