Was kostet LN2 in etwa (größere Mengen ab 1 m^3 in einfachster bzw. billigster technischer Qualität), und wie groß ist theoretisch das Arbeitsvermögen bei Erwärmung und Entspannung auf Zimmertemperatur? (Ich wollte das zur Abschätzung der Kosten von LN2 als Fahrzeugantriebsstoff bzw. Kraftstoff in Kolbenmaschinen wissen.)
Wo finde ich Zustandsdiagramme?
Ich sehe das doch richtig, daß die Gewinnung durch Luftverflüssigung energetisch mindestens den gleichen Aufwand erfordert wie die hinterher bei der Entspannung gewonnene mech. Energie abwirft?
Ööööh ... zuviel oder zuwenig? Ich dachte, daß seien übliche Liefermengen - nich? (Ich wollte halt (ungefähre) Großmengenpreise wissen und nicht für "Kännchen".) (Also, hier steht an der Uni eine "Thermosflasche" rum, das ist ein LKW-Auflieger. (20 m^3? Keine Ahnung ...) Und wenn der leer ist, wird er getauscht. Gut, man könnte sich nach Preisen durchfragen - ganz billig soll's aber nicht sein, aber wohl billiger als O2.)
Also gut: was sind normale Preise (Pi mal Daumen!) für normale Liefermengen?
Hatte ich nicht? Doch, hatte ich:
Macht ja nix. Wenn ich was nicht weiß, antworte ich auch einfach nicht. An sich brauche ich ja bloß mal nach pV-Diagrammen suchen, aber es ist einfach so warm ...
Die Frage lässt sich tatsächlich nur beantworten wenn man bei den Herstellern/Distributoren anfragt, da der Preis afaik sehr stark von der Abnahmemenge (z.B. kontinuierlich einen Tankzug im Monat) abhängt. Desweitern hängt das auch davon ob ob man eigene LN-Anlagen hat oder diese z.B. vom lieferant mietet.
Anbieter: Air-Products, Air l'iquide, BOC, Linde, Westfalen, SWF, TMG [kein Anspruch auf vollständigkeit]
LN2 hat eine Dichte von 0,8086T/m3, d.h. bei 20 °C und 1013hPa stehen
703m³ Gas an.
Wie stellst Du Dir das in etwa technisch vor? Flüssig einspritzen und verdampfen lassen bedeutet den Motor immerhin unter -147 °C zu kühlen (T_k). Oder über eine kaltgefahrene Flüssig-Hochdruck-Pumpe und Verdampfer gehen um dann den Motor mit Gas-N2 im Hochdruck zu betreiben?
Du hast ja keine Entspannung in dem Sinne sondern Verdampfung. LN2 wird i.d.R. nur mit wenigen Bar (ca. 6-10Bar) je nach Tankkonzeption oder nahezu Drucklos in Dewars gelagert. Entspannung würde ja eigentlich Abkühlung bedeuten. Du würdest den anderen Weg gehen. Verdampfen--> grosses Gasvolumen und evtl. noch erwärmen--> Volumenvergrösserung.
Darf man fragen welches Deine Intension für diesen Gedankenansatz ist?
Er braucht das Gas ja 'nur' in den Zylinder einströmen lassen und dafür sorgen, dass möglichst ungehindert Wärme aus der Umgebung in den Arbeitsraum nachfließen kann, d.h. der Arbeitsraum sollte sich möglichst nicht abkühlen.
Nur wenn der Prozess völlig reversibel = isentrop wäre. Das hört aber schon bei der Luftverflüssigung auf, da eine möglichst isentrope Kompression möglichst kleine Temperaturdifferenzen zwischen dem Gas während der Kompression und der Umgebung erfordert.
Je weiter die Temperatur des Gases während der Kompression über der Umgebung liegt, um so schneller läuft der Prozess, aber neben der Energie, die hinterher wieder aus dem Gas gewonnen werden kann, erzeugt die Anlage aus der zugeführten Energie zusätzliche Abwärme.
Allerdings kann ich Dir über Wirkungsgrade von Anlagen zur Luftverflüssigung nichts sagen.
Der zweite Verlust tritt beim Motor ein: Wenn er schnell laufen soll, muss die Wärme schnell zugeführt werden. Dann kann sich das LN2 aber nicht ganz auf Umgebungstemperatur erwärmen, weil es vorher wieder aus dem Arbeitsraum ausgeschoben wird. Auch hier läuft der beste Prozess möglichst reversibel, also mit möglichst kleinen Temperaturdifferenzen (vollständig reversibel heißt immer 0° Temperaturdifferenz) ab.
Also, ein Daumenwert hätte mir schon gereicht, also z. B. monatlich
100 m^3 selbst beim Lieferanten abgeholt.
Habe dann mal selbst gerechnet (s. unten).
Letzteres: LN2 isochor aufheizen auf ca. 290 K (kostnix, Umweltwärme) und dann im Zylinder unter weiterer Wärmezufuhr isotherm auf Umgebungsdruck entspannen.
Rechnung:
LN2 hat eine Dichte von ca. 807 kg/m^3. Isochor erwärmt (Hochdruckpumpe kaltflüssig) kommt man bei 290 K damit auf 280 MPa (schluck, 2.800 bar - äh, ja, Stufenkolben (Einspritzpumpe) direkt in den Motor integriert), und wenn man die dann im Zylinder entspannen läßt, kriegt man 40 MJ/kg Arbeit raus, also etwa 30 MJ/l_LN2, das sind fast 9 kWh, also schon ganz ordentlich. (Rechen- oder Denkfehler? Erscheint mir nämlich ziemlich viel Energieinhalt zu sein.)
Sind natürlich so einige technische Probleme (Hochdruck, Temperaturen, Wärmetauscher) damit verbunden, aber prinzipiell wohl machbar. Kalt ist auch nur Tank + Einspritzpumpe - im Zylinder hat man zwar im Idealfall hohe Drucke (wie hoch ist der Spitzendruck in herkömmlichen Motoren?), aber keine Temperaturbeanspruchung. Der Motor braucht natürlich eine gute Erwärmung - Schlaumeier werden dann gleich auf die Idee kommen, dafür doch einfach die Abwärme eines herkömmlichen Verbrennungsmotors zu nehmen, also einen Hybridmotor zu verwenden, der Kraftstoff und LN2 kombiniert verbraucht.
Man könnte z. B. aus einem kleinen Hochdruck-Vorratsbehälter in den Brennraum eines gewöhnlichen Verbrennungsmotors soviel N2 injizieren, daß das Abgas den Motor kalt verläßt, dann barucht man ihn gar nicht mehr kühlen - für das NOx-Problem müßte man sich dann mal was einfallen lassen, aber die Injektion kann ja beginnen, wenn sich die Flammtemperatur schon etwas verringert hat.
Ich hatte mal von einem "umweltfreundlichen" Stickstoffmotorbootsantrieb in einem Naturschutzgebiet gehört und wollte mal abschätzen, was es bringt und was es kostet - die Idee war, abzuschätzen, ob das eine brauchbare Speichertechnologie für Fahrzeugantriebe sein kann. LN2 ist ein Abfallprodukt der Luftverflüssigung zum Zweck der O2-Gewinnung, um damit den Verbrennungsprozeß in GuD-Kraftwerken durchzuführen. Der Trick besteht dabei darin, daß man wesentlich weniger NOx im Abgas hat und höhere Ve4rbrennungstemperaturen fahren kann, wenn man vorher N2 aus der Verbrennungsluft rausnimmt. Und warum soll man dann das schöne N2 anschleißend wegschmeißen, wenn man es auch sinnvoll einsetzen kann ...
Letztlich müßte ich also wissen, was das _bei diesem Prozeß_ anfallende N2 kostet (Luftdestillation ist eh nötig).
Und dann müßte man von Leistungsgewichten, Handhabung usw. her mit anderen Speichertechnologien für Fahrzeuge, z. B. Metallhydrid- oder Druckgasspeicher für Wasserstoff vergleichen. Prinzipieller Vorteil: N2 ist unbrennbar und nicht explosiv. Idee: Stadfahrzeuge (oder auch Überlandfahrzeuge?) werden morgens drucklos tiefkalt betankt und fahren dann tagsüber ihre Arbeitsschicht ohne jedes schädliche Abgas ab, also auch in Fußgängerzonen, Bergbau, Naturschutzgebieten usw. und liefern am Schichtende ihren Flüssiggasrest wieder an der Tankstelle ab.
(Habe ich jetzt mir oder anderen eine Patentanmeldung versaut?)
Soll es nicht - der Zylinder wird mit warmem hochgespannten Gas beaufschlagt, muß aber dennoch beheizt werden, damit sich die Temperatur bei der Expansion nicht erniedrigt.
besorgt. Der Arbeitstakt macht mir noch ein wenig Kopfschmerzen - ich habe ein Kompressionsverhältnis von ca. 45 raus - bißchen happig bei mehreren tausend Bar Ladedruck, wohl auch für einen Langhuber, nicht? Da müßte man wohl evtl. mehrstufig entspannen? Vielleicht braucht man den ganz hohen Druck aber gar nicht - "da oben" ist N2 schon ziemlich nicht-ideal, d. h. aus p*dV kommt da nicht so viel Nutzbares raus.
(Ich würde das übrigens in dem Sachzusammenhang "Alternativen zu Elektroautos" ansehen wollen, also bessere Speicher als Akkus.)
Da muß irgendwo ein Fehler sein. Nochmal: wie hoch ist der Preis pro Kubikmeter dann? 50 Cent ja wohl kaum, das wäre praktisch umsonst. Oder meintest Du 50 Cent pro Liter?
Vielleicht ein Fall für einen Wankelmotor. Der zerklüftete Brennraum mit großen Flächen (im Gegegnsatz zum Hubkolbenmotor) würde sich hier als Vorteil erweisen.
Letzteres stimmt nicht - gerade im hochgespannten überdichten Gaszustand ist sogar überproprtional viel Energie enthalten - wenn man da auf etwas "verzichtet", schmeißt man wirklich Energie weg.
(Nochmal: ist das theoretische Arbeitsvermögen wirklich so irrsinnig hoch (9kWh/l)?) Ich kann's kaum glauben.
Wir zahlen derzeit 13 Cent/l + MWSt. inkl. Anlieferung. Jahresbedarf groesser als 2000 m**3. Das sind allerdings vermutlich Preise, die nicht auf Gesamtdeutschland uebertragbar sind. Hier in Muenchen gibt es einen ausgepraegten Konkurrenzkampf zwischen Linde, Air Liquide und der Sol Group (Mailand).
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