Environmental Engineering Reference
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Die Speicherung chemischer Energie
Die schon jetzt am häufigsten verwendeten Energiespeicher sind solche, welche die Eigen-
schaten chemischer Reaktionen ausnutzen. In der Tat, unsere heutige Energieversorgung
basiert fast ausschließlich auf einem besonderen Typ dieser Energiespeicher, den fossil
biogenen Energieträgern. Aber auch elektrische Batterien und Akkumulatoren zählen zu
den chemischen Energiespeichern, obwohl sie ihre gespeicherte Energie in der Form von
elektrischer Energie zurückgeben. Die zugrunde liegenden Prozesse gehören daher in das
Gebiet der
Elektrochemie
und man bezeichnet die ablaufenden Reaktionen als
kalte Ver-
brennung
.
In allen Fällen beruht das Speicherprinzip auf einer
chemischen Reaktion,
die abläut
zwischen den Atomen/Molekülen A,B,C,D, die wir als chemische Bestandteile bezeichnen
wollen:
A+B+
E
(i)
chem
↔ C+D+
E
(f)
chem
.
(8.57)
Dabei wandeln sich die chemischen Bestandteile A und B mit der chemischen Exergie
E
(i)
chem
in die chemischen Bestandteile C und D mit der chemischen Exergie
E
(f)
chem
um.
Läut diese Reaktion so beim Füllen des Speichers ab, dann kann man den Speicher durch
die rückwärts ablaufende Reaktion wieder entleeren.
Die Differenz der chemischen Exergien ist Δ
E
E
(
f
)
chem
E
(
i
)
=
−
chem
, und für sie gilt nach
Δ
E
=
Δ
H
−
T
Δ
S
,
(8.58)
wobei Δ
H
den
Heizwert
derReaktionangibt. DieExergiedifferenz Δ
E
lässtsichvollständig
Δ
H
=
Δ
W
+
T
Δ
S
=
Δ
W
+
Δ
Q
,
(8.59)
=
̃
wobei Δ
Q
den exergetischen Teil der Wärme
Q
darstellt. Bei den anderen
Formen der Energie mit Exergiegehalt
ε
nC
(
T
−
T
)
=
handelt es sich zum Beispiel um elektrische
Energie Δ
W
.DieseFormender
Energie lassen sich mithilfe chemischer Reaktionen in chemische Energie umwandeln und
speichern, indem man die chemischen Bestandteile speichert.
Zwei Beispiele für diese Art der Energiespeicherung sind die chemischen Reaktionen
(dieIndizesf/gmachendeutlich,dassdieserchemischeBestandteilimflüssigen/gasförmigen
Aggregatzustand
vorliegt)
=
Δ
(
qU
)
oder um mechanische Energie Δ
W
=
Δ
(
PV
)
kmol
−
(
H
O
)
g
+
Δ
H
→
H
+
,O
mit Δ
H
=
kWh
⋅
mit Δ
H
= kWh⋅kmol
−
.
CH
+(H
O)
g
+Δ
H
→ H
+CO
In der angezeigten Reaktionsrichtung wird die Energie Δ
H
gespeichert, in umgekehrter
Richtung wird sie wieder frei gegeben. Die obere der beiden Reaktionen hat besondere
Bedeutung, sie stellt die Spaltung des Wassers in seine chemischen Bestandteile Wasser-
stoff und Sauerstoff dar und bildet die Grundlage der
Wasserstoffwirtschat
,dieunter
