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Diplomarbeit aus dem Jahr 2003 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Energietechnik, Note: 1,3, Fachhochschule Stralsund (Wirtschaftsingenieurwesen), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Durch die Bereitstellung nutzbarer Energie wird derzeit der größte Anteil der anthropogenen Umweltbelastungen verursacht. Neben den hohen Umweltbelastungen trägt die Endlichkeit fossiler Energieträger maßgeblich zur immer größer werdenden Bedeutung eines rationellen Umgangs und einer effiziente Nutzung der Energie bei. Zur effizienten Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie bietet sich die Brennstoffzellentechnologie aufgrund ihrer hohen Wirkungsgrade an.
Der Brennstoffzellentechnologie wird das Potenzial zugeschrieben, die Energieversorgung zu revolutionieren. Die folgenden technologiespezifischen Vorteile sprechen dafür: eine sehr effiziente direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie, ihr modularer Aufbau sowie der ihr dadurch offen stehende breite Anwendungsbereich. Es finden Forschungen im Bereich der portablen, mobilen und stationären Anwendung statt. Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzelle wird die heute noch zentral orientierte Energieversorgungsstruktur durch eine zukünftig stärker dezentrale Versorgung ergänzt oder verdrängt werden.
Die in dieser Arbeit betrachtete Anwendungsmöglichkeit ist die dezentrale elektrische und thermische Hausenergieversorgung. Aufgrund des derzeitigen Problems der Verfügbarkeit und Speicherung von Wasserstoff wurde zur Einführung der Brennstoffzellentechnologie auch die Speicherung von Wasserstoff, insbesondere in Kohlenwasserstoffen, in Betracht gezogen. Die Bereitstellung des Brennstoffes aus fossilen Energieträgern ist jedoch mit erheblichen Umweltwirkungen verbunden, wobei die Brennstoffzelle selbst lokal nur Wasserdampf an die Umwelt abgibt. Mit dem wachsenden Verständnis der Bevölkerung für den Umweltschutz stieg auch das Interesse an Verfahren, die Umweltwirkungen, welche beispielsweise durch die Herstellung und den Verbrauch von Produkten entstehen, zu identifizieren und zu quantifizieren, um sie letztlich zu reduzieren.
Eine für diesen Zweck entwickelte Methodik ist die Ökobilanz nach (DIN 14040-43), auf deren Grundlage die Bilanzierung in dieser Arbeit durchgeführt wurde. Um die Vorteile und Probleme der Brennstoffzellentechnologie unter ökologischen Gesichtspunkten zu betrachten, werden mithilfe der Ökobilanz die Umweltwirkungen der einzelnen Lebenswegphasen und Komponenten zur internen Schwachstellenanalyse transparent dargestellt. Die Bewertung der Umweltwirkungen des gesamten Systems erfolgt im Vergleich zu anderen Energiewandlungssystemen im Bereich der Hausenergieversorgung.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
ABBILDUNGSVERZEICHNIS7
VERZEICHNIS VON ABKÜRZUNGEN UND SYMBOLEN9
1.EINLEITUNG10
1.1Brennstoffzellen zur Hausenergieversorgung11
1.2Aufgabenstellung und Gliederung der Arbeit13
2.GRUNDLAGEN15
2.1Die Ökobilanz nach ISO-Norm15
2.1.1Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmens16
2.1.2Sachbilanz17
2.1.3Wirkungsabschätzung18
2.1.4Auswertung18
2.1.5Einschränkung einer Ökobilanz19
2.2Die Brennstoffzelle19
2.2.1Geschichte und Begriffsklärung der Brennstoffzelle19
2.2.2Aufbau und Funktionsweise23
2.2.3Brennstoffzellen-Typen und ihre Eignung zur Hausenergieversorgung27
2.2.4Stoff- und Energieflüsse31
2.2.5Stromspannungskennlinie36
2.2.6Überblick der Vor- und Nachteile der Brennstoffzellentechnologie37
2.3Brennstoff und Erdgasbereitstellung38
3.FESTLEGUNG DES ZIELS UND UNTERSUCHUNGSRAHMENS42
3.1Beschreibung der Referenzanlage42
3.2Zieldefinition44
3.3Untersuchungsrahmen45
3.3.1Funktionelle Einheit45
3.3.2Definition der Systemgrenzen45
3.3.3Festlegung der Bilanzierungsgre...
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Durch die Bereitstellung nutzbarer Energie wird derzeit der größte Anteil der anthropogenen Umweltbelastungen verursacht. Neben den hohen Umweltbelastungen trägt die Endlichkeit fossiler Energieträger maßgeblich zur immer größer werdenden Bedeutung eines rationellen Umgangs und einer effiziente Nutzung der Energie bei. Zur effizienten Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie bietet sich die Brennstoffzellentechnologie aufgrund ihrer hohen Wirkungsgrade an.
Der Brennstoffzellentechnologie wird das Potenzial zugeschrieben, die Energieversorgung zu revolutionieren. Die folgenden technologiespezifischen Vorteile sprechen dafür: eine sehr effiziente direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie, ihr modularer Aufbau sowie der ihr dadurch offen stehende breite Anwendungsbereich. Es finden Forschungen im Bereich der portablen, mobilen und stationären Anwendung statt. Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzelle wird die heute noch zentral orientierte Energieversorgungsstruktur durch eine zukünftig stärker dezentrale Versorgung ergänzt oder verdrängt werden.
Die in dieser Arbeit betrachtete Anwendungsmöglichkeit ist die dezentrale elektrische und thermische Hausenergieversorgung. Aufgrund des derzeitigen Problems der Verfügbarkeit und Speicherung von Wasserstoff wurde zur Einführung der Brennstoffzellentechnologie auch die Speicherung von Wasserstoff, insbesondere in Kohlenwasserstoffen, in Betracht gezogen. Die Bereitstellung des Brennstoffes aus fossilen Energieträgern ist jedoch mit erheblichen Umweltwirkungen verbunden, wobei die Brennstoffzelle selbst lokal nur Wasserdampf an die Umwelt abgibt. Mit dem wachsenden Verständnis der Bevölkerung für den Umweltschutz stieg auch das Interesse an Verfahren, die Umweltwirkungen, welche beispielsweise durch die Herstellung und den Verbrauch von Produkten entstehen, zu identifizieren und zu quantifizieren, um sie letztlich zu reduzieren.
Eine für diesen Zweck entwickelte Methodik ist die Ökobilanz nach (DIN 14040-43), auf deren Grundlage die Bilanzierung in dieser Arbeit durchgeführt wurde. Um die Vorteile und Probleme der Brennstoffzellentechnologie unter ökologischen Gesichtspunkten zu betrachten, werden mithilfe der Ökobilanz die Umweltwirkungen der einzelnen Lebenswegphasen und Komponenten zur internen Schwachstellenanalyse transparent dargestellt. Die Bewertung der Umweltwirkungen des gesamten Systems erfolgt im Vergleich zu anderen Energiewandlungssystemen im Bereich der Hausenergieversorgung.
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ABBILDUNGSVERZEICHNIS7
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1.EINLEITUNG10
1.1Brennstoffzellen zur Hausenergieversorgung11
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2.GRUNDLAGEN15
2.1Die Ökobilanz nach ISO-Norm15
2.1.1Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmens16
2.1.2Sachbilanz17
2.1.3Wirkungsabschätzung18
2.1.4Auswertung18
2.1.5Einschränkung einer Ökobilanz19
2.2Die Brennstoffzelle19
2.2.1Geschichte und Begriffsklärung der Brennstoffzelle19
2.2.2Aufbau und Funktionsweise23
2.2.3Brennstoffzellen-Typen und ihre Eignung zur Hausenergieversorgung27
2.2.4Stoff- und Energieflüsse31
2.2.5Stromspannungskennlinie36
2.2.6Überblick der Vor- und Nachteile der Brennstoffzellentechnologie37
2.3Brennstoff und Erdgasbereitstellung38
3.FESTLEGUNG DES ZIELS UND UNTERSUCHUNGSRAHMENS42
3.1Beschreibung der Referenzanlage42
3.2Zieldefinition44
3.3Untersuchungsrahmen45
3.3.1Funktionelle Einheit45
3.3.2Definition der Systemgrenzen45
3.3.3Festlegung der Bilanzierungsgre...
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