Wasserelektrolyse < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
|
| Status: |
(Frage) reagiert/warte auf Reaktion  | | Datum: | 15:16 Di 12.10.2004 | | Autor: | timost |
Hallo miteinander,
ich studiere Maschinenbau und bearbeite gerade meine Diplomarbeit. Meine Aufgabe befasst sich mit dem automatischen Wasseraustrag aus dem Dieselkraftstofffilter; d.h. bei der Filtrierung wird das im Diesel vorhandene Wasser abgeschieden. Dieses setzt sich am Boden des Filters ab und muss von Zeit zu Zeit in der Werkstatt abgelassen werden.
Eine von vielen Ideen besteht darin, mittels Elektrolyse (2 Elektroden am Filter) das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zersetzen und die Gase danach mit dem Kraftstoff in den Brennraum abzuführen. Die Menge ist sehr gering (ca. 200ml auf 50.000 km - abhängig von der Qualität des Dieselkraftstoffes) und somit unbedenklich.
Erste Versuche haben gezeigt, dass eine theoretische Machbarkeit vorliegt, jedoch ist anzunehmen, dass das abgeschiedene Wasser im Filter nicht sehr leitfähig ist. Ich kann mich noch an Schulversuche errinnern, wo Salzsäure oder Natriumcarbonat beigemischt wurden um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Diese Vermischung ist natürlich in diesem Fall nicht möglich. Eine weitere Möglichkeit wäre das Beimischen von bestimmten Salze, die jedoch die Einspritzung gefährden könnten.
Ein weiteres Problem sind die geringen Spannungen. Diese sind im Bordnetz begrenzt und somit können nur geringe Werte (12V) benutzt werden um die Elektrolyse auszuführen. Eine Verbesserung der Leistung bei geringerer Spannung müsste durch:
- eine größere Fläche der Elektroden,
- eine erhöhte Betriebstemperatur,
- Elektroden aus edel Metall,
- Abstand der Elektroden,
- oder einer Reihenschaltung von mehreren Elektroden erzwungen werden, oder?
Ein Versuch hat gezeigt, dass bei 12V ein Strom von ca. 0.01A fließt und somit bei kleinen Elektroden sehr gering ist. Eine Elektrolyse wäre kaum möglich.
Leider bin ich Maschinenbauer und stehe mit Chemie ziemlich auf Kriegsfuss. Zu diesen 5 Punkten fehlen mir die richtigen Fakten. Z.Bsp. wie geht die Fläche d. Elektroden in die Spannung mit ein, oder wie der Abstand d. Elektroden, ....
Ich hoffe, Sie haben durch diese kurze Erläuterung trotzdem die Problemstellung erkannt. Ich würde mich auf eine Antwort freuen.
Mit freundlichen Grüßen
Timo
|
|
| |
|
Hi timost,
das mit dem Salz reintun ist keine gute Idee. Die zusätzliche Leitfähigkeit bringt dir beim Zersetzen von $H_2O$ nix, der Mehr-Strom wird zum Zerlegen der Salz-Ionen benutzt.
Im Prinzip ist der einzige Weg, der mir einfällt, mehr Strom durch das Wasser zu kriegen. Das heißt geringerer Elektrodenabstand für weniger Leitungswiderstand. Eventuell mehrere Elektroden nebeneinander, um den Strom durch 'mehr' Wasser zu leiten, obwohl ich nicht glaube, dass das viel bringt. Als letztes gibt es noch die Option 'mehr Spannung', aber ich denke, da gibt es aus Sicherheitsgründen eine Obergrenze.
Hugo
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet  | | Datum: | 09:59 Do 14.10.2004 | | Autor: | timost |
Ich glaube, das ist nicht ganz richtig:
Leitsalze erhöhen den Stromfluß. Wenn Du reines Wasser nimmst, sind da nur die Ionen der Autoprotolyse drinne. Die transportieren nur wenig Strom ---> Elektrolyse klappt natürlich, dauert aber ewig. Leitsalz dazu ----> mehr Ladungsträger ---> mehr Strom ----> flottere Elektrolyse. Wenn die Ionen in wäßriger Lösung aufgrund ihrer Potentiale sich nicht abscheiden lassen, passiert dann auch nix außer O2 und H2.
Gruß
Timo
|
|
|
| |
|
Hi timost,
du könntest Recht haben, dass sich die Salze nicht weniger gern aus dem Wasser rauslösen lassen als die Bestandteile des Wassers selber.
Also jetzt geb ich erst mal zu, dass ich in punkto Elektrolyse wenig Erfahrung habe, aber von meinem Standpunkt aus gibt es zwei Probleme:
1. Nach einer gewissen Elektrolysedauer sind die Kationen an der Kathode und die Anionen an der Anode 'versammelt'. Die werden zwar nicht rausgelöst, aber die Leitfähigkeit ist dann wieder wie bei destilliertem Wasser, weil der größte Teil des Wasser ionenfrei ist. (Das denke ich zumindest.)
Ich würde mich sehr freuen, wenn du einen Versuch dazu machen würdest, z.B. nimm ein Glas voll Leitungswasser, hänge an gegenüberliegenden Seiten Drähte rein, schick Strom durch und messe die Stromstärke (am besten mit einem Messwerterfassungssystem). Markiere zur Kontrolle den Wasserstand und stell ein identisches gleichvolles Wasserglas daneben, dessen Wasserstand du ebenfalls markierst. Diesen Versuch kannst du über nacht oder evtl. übers Wochenende machen, das dürfte lange genug sein. Nach meiner Theorie nimmt die Stromstärke allmählich ab, vielleicht sogar exponentiell. Das würde bedeuten dass es nichts bringt, wenn man Salz reintut.
2. Gibt es auch im Diesel Bestandteile, die sich elektrolytisch zersetzen lassen? Wenn ja, hat das Auswirkungen auf den Kraftstoff bzw. entstehen dadurch zusätzliche 'Ablagerungen'?
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 11:02 Do 14.10.2004 | | Autor: | Wessel |
Hallo,
vielleicht hilft Dir das Googlen unter dem Begriff der Brennstoffzelle weiter. Grundlagenforschung zur Wasserstoffzelle beschäftigen sich ja derzeit damit, wie man weniger Energie verbraucht, um Wasserstoff herzustellen. Es gibt unzählige Statistiken derzeit, dass die Brennstoffzelle im derzeitigen Stadium ja kein Ersatz sein kann, denn zur Spaltung von Wasser wird im Moment noch zu viel Energie gebraucht, als dass es gloabl keinen Energiespareffekt - und damit eine Verminderung von [mm] $CO_2$ [/mm] - gibt.
Einige Angaben zum Energieverbrauch habe ich hier gefunden:
![[]](/images/popup.gif) http://www.nv.ethz.ch/nerv/99-1/brenn.html
---Zitat---
Anode: 2 H2 4 H+ + 4 e- Kathode: O2 + 4 H+ + 4 e- 2 H2O Gesamt: 2 H2 + O2 2 H2O DG0 = - 241 kJ / mol
Eine Brennstoffzelle trennt also die Gesamtreaktion in zwei Einzelreaktionen auf, so dass der Elektronenübergang nur durch einen äusseren Leiter erfolgen kann. Während die Elektronen nun in diesem äusseren Stromkreis Arbeit leisten können, erfolgt der Ladungstransport in der Zelle durch die Bewegung der Ionen im Elektrolyten. Die Gleichgewichtsspannung U0 der Zelle ergibt sich aus den thermodynamischen Daten:
U0 = DG0 / n * F = 1.23 Volt;
F: Faraday-Konstante (96487 C/mol), n: # e- (2) Diese Spannung kann durch Serieschaltung einzelner Zellen um ein Vielfaches erhöht werden. Die Stromstärke verändert sich dabei nicht, sie hängt vom angelegten Widerstand ab.
--- Zitat Ende-----
Gruß,
Stefan
|
|
|
| |
|
Hier muss ich auch noch kurz einhaken.
Dass man mehr Energie braucht ist an sich klar, weil jedes Umwandeln von einer Energieform in eine andere gleichzeitig einen Wärmeverlust mit sich bringt. Aber meinen Information zufolge geht es bei der Brennstoffzelle unter anderem darum, ein chemisches Speichermedium für Energie zu nutzen, das mehr Speicherkapazität hat als herkömmliche Batterien. Und die Ausgangs- bzw. Endprodukte sind im Vergleich zu Erdöl leicht erhältlich bzw. umweltunbedenklich.
Hugo
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 17:10 Fr 15.10.2004 | | Autor: | Wessel |
Hallo Hugo,
> Hier muss ich auch noch kurz einhaken.
>
Deine Anmerkung ist vollkommen korrekt.
Ich sprach auch vom globalen Energiebedarf. Zum Forschungsstart ging man davon aus, dass die Brennstoffzelle energieneutral eingesetzt werden kann. Der Stand der Forschung (bezüglich Energie) besagt jedoch, dass im Bereich des Kraftstoffverbrauchs mindestens - bei unverändert und sogar steigenden Energiebedarf im Mobilitätssektor - derzeit mehr Energie zur Herstellung des Wasserstoffs benötigt wird (die durch Atomkraftwerke oder sonstige Kraftwerke produziert werden muß...). In sofern werden auch Verfahren zur Wasserstoffgewinnung gesucht - neben einer Aufklärung der Bevölkerung, dass der Lebensstandard so nicht mehr zu halten ist. als letztendlich im Fahrzeug zum Fahren umgesetzt wird.
Vergleiche auch hierzu die Studie des Instituts für Klima, Umwelt, Energie Wuppertal Bedeutung von Erdgas als neuer Kraftstoff im Kontext einer nachhaltigen Energiversorgung (PDF)
Insofern dachte ich, dass es dem Fragesteller helfen könnte, in dieser Richtung zu recherchieren.
Liebe Grüße,
Stefan
|
|
|
| |
|
Ja Stefan, du hast vollkommen recht,
es macht von der Energiebilanz her keinen Sinn, das Wasserstoffauto daheim an der Steckdose 'aufzuladen'.
Darum geht es aber timost (soweit ich denke, und wenn es ihn überhaupt noch interessiert) nicht, sondern er möchte irgendwie das Wasser unten aus dem Dieseltank.
Also ich hab mal ein kleines Elektrolyse-Experiment gemacht und da ist schon nach ner halben Stunde die Stromstärke durchs Wasser von 42mA auf 35mA abgesunken (bei sonst unveränderten Bedingungen).
Das Wasser war Leitungswasser aus Erlangen, die benutzte Spannung waren 100 Volt.
Ich kann aber nicht 100%ig ausschließen, dass der Stromstärkenrückgang nicht evtl. von Ablagerungen auf meiner Kathode kommt.
Anode und Kathode waren aus Alu (Alufolie), deshalb hat mir der Sauerstoff auch ein paar kleine Löcher in meine Anode gefressen.
Ich fühle mich aber in dem Glauben bestärkt, dass gesalzenes Wasser keine Lösung von timosts Problem ist.
speziell@Wessel:
Was für Wasser ist denn in der Brennstoffzelle drin? Normales Wasser aus der Leitung ja wohl eher nicht...
Hugo
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 09:17 Mo 18.10.2004 | | Autor: | timost |
Hallo,
nur 42mA!?! Das ist aber sehr wenig! Nach meinen Versuchen war mit 30V eine Stromstärke von 0,03A gemessen worden. Es waren jedoch auch Kupferelektroden die sicherlich eine besser Leitfähigkeit aufweisen.
Da ich jedoch nur 12V zuverfügung habe, steht nun die Frage im Raum: ist es möglich mit solch einer geringen Spannung eine wirkungsvolle Elektrolyse zu erhalten? Man bedenke, das Wasser ist hauptsächlich Kondenswasser, also nicht gut leitend.
Größere Elektrodenflächen werden vermutlich den Wirkungsgrad verbessern; ein Werkstoff wie Platin kommt aus Kostengründen nicht in Frage.
|
|
|
| |
|
> mit 30V eine Stromstärke von 0,03A
Das macht dann bei 12V 0,012A.
> Ist es möglich mit solch einer geringen Spannung eine wirkungsvolle
> Elektrolyse zu erhalten?
Im Prinzip ja, wenn du genug Zeit hast. Es dauert einfach zu lange.
> ein Werkstoff wie Platin kommt aus
> Kostengründen nicht in Frage.
Wenn du keine ausreichend edle Anode nimmst, dann ist das ziemlich doof, weil sich der Sauerstoff dann denkt:
Och ich werd heut net gasförmig, ich nehm lieber gleich das Kupfer und
mach Oxid. Dann bekommst du nen blöden isolierenden Überzug auf deiner
Elektrode und aus is mit der Elektrolyse.
Ganz ehrlich, ich glaube nicht daran, dass diese Methode praktikabel ist. Einfacher wäre es, einen Propeller in den Tank zu packen, der das Wasser 'gewaltsam' ins Dieselöl wirbelt. Das entmischt sich zwar sofort wieder, aber ein kleiner Teil des Wassers könnte ja evtl. doch mit angesaugt werden. Dann wird der Wasserrückstand einfach rausgefurzt. 
Ich denke mal, ich kann dir leider nicht wirklcih weiterhelfen. Ich kann nur sagen, bei meinem Versuch mit Aluelektroden hat sich auf der Kathode ein weißer Überzug gebildet (Aluminiumchlorid?) und die Anode hat winzige Löcher bekommen, dafür ist weißes Zeug im Wasser rumgeschwommen (Aluminiumoxid?) Du kannst davon ausgehen, dass bei Dauerbetrieb nur die Leitfähigkeit von destilliertem Wasser eine Rolle spielt und da sind 12V zu wenig, das dauert mehrere Jahrzehnte, bis du 200ml Wasser elektrolysiert hast.
Hugo
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 17:22 Do 06.03.2008 | | Autor: | udowuttig |
Hallo Timost,
wie wäre es mit einer 12 Volt Zündspule als Stromquelle?
Natürlich mit intermittierendem Betrieb.
Ist nur so eine Idee, aber vielleicht einen Versuch wert.
Gruß
Udo
|
|
|
|
