Inhalt der Lehrveranstaltung
1 – Einführung
– Übersicht über die Lehrinhalte
– Geschichte von Wasserstoff und Brennstoffzellen
2 – Wasserstoff: Herstellverfahren, Logistik und Infrastruktur
– Derzeitige und zukünftige Produktionsverfahren
– Logistik und Infrastruktur
3 – Wasserstoffspeicherung
– Feststoffe, Flüssigkeiten
– Druckgas
4 – Wasserstoffbetankung von Fahrzeugen
– Betankung von Druckgas
– Thermodynamik des Tankvorgangs
5 – Brennstoffzellen
– Typen von Brennstoffzellen und ihre Eigenschaften
– Elektrochemische Grundlagen der Brennstoffzelle
– Wirkungsgrad
6 – Anwendungen von Wasserstoff und Brennstoffzellen
– Industrie
– Stationär
– Transport und Verkehr
7 – Brennstoffzellenfahrzeuge
– Brennstoffzellenantriebstrang
– Komponenten und Aggregat
8 – Wasserstoff und Brennstoffzellen im Energiesystem
– Vergleiche verschiedener Antriebsenergieträger und-wandler
– Energie- und Emissionbilanzen (Well-to-Wheel, Ökobilanz)
– Speicherung fluktuierender Energien
9 – Sicherheit, Normen und Standards
– Sicherheitskonzepte
– Weltweite Codes & Standards
10 – Ausblick und Zusammenfassung
– Zukünftige Entwicklungen
– Zusammenfassender Überblick im Hinblick auf die Prüfung
Lernergebnisse
Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage, die Rolle von Wasserstoff und Brennstoffzellen als potentielle umweltfreundliche Energieträger und –wandler der Zukunft auf Basis der elektrochemischen und verfahrenstechnischen Grundlagen quantitativ einzuschätzen und konkrete Anwendungsbeispiele insbesondere aus dem Bereich Verkehr und Transport zu analysieren. Die gesamte Energiekette (well-to-wheel) steht dabei im Zentrum der Betrachtung, aber auch Ökobilanzen sind den Studierenden vertraut. Die Geschichte der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie bildet die Grundlage für die Betrachtung des aktuellen Stands der Technik. Wasserstoffherstellung, Wasserstofflogistik und Wasserstoffspeicherung in stationären Anlagen oder an Bord von Fahrzeugen bilden einen Schwerpunkt der erworbenen Kenntnisse. Der Betankungsprozeß für Druckwasserstoff ist im Detail vorgestellt. Ein für den Fahrzeugtechnikingenieur ausreichend tiefes Verständnis der elektrochemischen Grundlagen der Brennstoffzelle wird erreicht. Die verschiedenen Typen von Brennstoffzellen und ihre Anwendungsbereiche sind bekannt. Die Anwendungen von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik sowie ihre spezifischen Ausprägungen in den Bereichen Transport (auf dem Land, in der Luft/im Raum, auf dem Wasser), stationäre Anlagen, mobile Geräte und Industrie sind vermittelt. Den Brennstoffzellenantriebstrang für Fahrzeuge und seine Komponenten haben die Studierenden im Detail verstanden und können die Kenntnisse auf neue Konstellationen anwenden. Die Grundsätze der Betriebsführung von Brennstoffzellen in unterschiedlichen Fahrzeugsituationen einschließlich Gefrierstart werden beherrscht. Sicherheitskonzepte für Brennstoffzellenfahrzeuge können beurteilt werden. Das Grundwissen zu Codes & Standards für die entsprechende Fahrzeug- und komponentenentwicklung ist aufgebaut. Der aktuelle Stand und die Planung für eine Wasserstofftankstelleninfrastruktur weltweit sind bekannt. Ein Überblick über aktuelle Brennstoffzellenfahrzeuge und ihren unterschiedlichen Aufbau ist bei den Studierenden präsent. Die Well-to-wheel Bilanz von Emissionen und Energieverbrauch unterschiedlicher Treibstoffe und Antriebe ist im Überblick vorgestellt und kann mittels eines Software-Tools berechnet werden. Mit der Ökobilanz eines Produkts sind die Studierenden in Abgrenzung zur Well-to-Wheel-Bilanz vertraut.
Neben den technischen Aspekten sind die Studierende nach Absolvierung der Lehrveranstaltung ebenfalls in der Lage, die wirtschaftliche Seite im Groben zu beurteilen.
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