Gehen wir es einmal der Reihe nach an. Welche Energie kann man gewinnen? Sicher doch nur die Expansion des verdampften Stickstoffs auf Normaldruck. Die Energie fuer die Verdampfung muessen wir der Umwelt entnehmen. Da ein Liter Fluessigstickstoff zu etwa 700l gasfoermigem Stickstoff bei Normalbedingungen verdampft, koennen wir uns fragen, welche Arbeit wir aufwenden muessen, um 700l Stickstoff auf 700 bar zu komprimieren. Das Ganze machen wir isotherm, um durch die tatsaechliche adiabatische Kompression nicht noch extra Rechenaufwand zu provozieren. Das Ganze ist dann natuerlich eine Naeherung, wobei man natuerlich auch annehmen koennte, dass die Verdampfungskammer der angenommenen Motors durch den Umweltkontakt fuer isotherme Verhaeltnisse sorgt.
Los gehts.
700 l Stickstoff sind etwa 30 mol. Nach w=3DnRT ln (p2/p1) mit n=3D30 R=3D8.314J*mol-1*k-1 T=3D300K p2=3D700bar p1=3D1bar kommt man auf etwa 490 kJ oder umgerechnet 0.14 kWh/l Fluessigstickstoff. Nicht sonderlich effektiv.
Ich auch nicht ;-). Wenn ich 1 m^3 Wasser in einem inelastischen Tank auf 1000 bar komprimieren will, brauch ich sehr wenig Energie, da die nötige Volumenänderung sehr klein ist.
Die Produktion von LN2 ist sehr energieaufwändig. Die Gaskältemaschinen wandeln Carnot sei Dank im Wesentlichen Strom in Abwärme um. Wärme hat bei 77K elend viel Entropie ;-]. Und die Maschinen dürften deutlich vom Carnot-Max weg sein.
0.1 kWh Kälte bei 50K für 1 kWhe ist da vielleicht nicht mal so wenig.
Nun nützt das Glauben nichts - ich ging vom Gaszustand bei 2.800 bar aus, und da ist N2 bei Zimmertemperatur noch schön elastisch.
Das stimmt so nun auch nicht. Dank guter Kühlung verläuft die Kompression im wesentlichen isotherm, und beim Abkühlen wird doch sogar Energie frei. Außerdem werden vernünftigerweise Gegenstromwärmetauscher verwendet.
hat N2 bei Normaldruck (0,1 MPa und 290 K (ca. 15 °C) eine Dichte von
1.162 g/m^3, was ausgehend von 807 g/l für Flüssigstickstoff in etwa
694 l Gasvolumen (also rund Deinen 700 l) aus 1 l Flüssigkeitsvolumen entspricht. Wenn ich dieses Gas isotherm auf 700 bar komprimiere, dann habe ich aber noch ein Volumen von 1,6 l (Dichte 502 g/l) - um die Dichte weiter auf den Flüssigstickstoffwert zu steigern, muß ich weiter komprimieren auf über 2.820 bar ()
- das Zeug wird bei hohen Dichten deutlich nichtideal.
ACK
Wobei der Ablauf genau umgekehrt ist: man nimmt Flüssigstickstoff (kalt, drucklos), sperrt ihn in einen druckfesten Behälter, z. B. das Arbeitsvolumen des Zylinders, ein und läßt ihn sich darin auf Umgebungstemperatur erwärmen - das Ergebnis ist hochgespanntes Gas. Dieses expandiert und treibt den Kolben an, mit der gleichen Rechnung.
Nein, leider - s. Quelle.
So kann man sich täuschen. (Mein Kompressionsverhältnis 45 war natürlich Unfug - das Gas muß sich um den Faktor 700 ausdehnen - dreistufig z. B. jeweils um den Faktor 8,85, wobei die Spitzendrucke dann 2.820 bar, 78 bar und 8,8 bar betragen - die Hochdruckstufe trägt zweifellos am meisten zur Leistung bei: mit abnehmendem Druck jede Stufe jeweils 77%, 12 % und unter 1 % - gut, die erste Stufe wird optimiert (Kompressionsverhältnis 18:1, Enddruck 38 bar), und die letzten beiden Stufen werden weggelassen.)
Da ist euer Bedarf deutlich größer, die Firma von der ich den Preis habe bekommt etwa ein mal pro Monat eine Lieferung. Zudem gehören die beiden naheliegenden Verflüssigungsanlagen beide AL.
Selbst abgeholt? Dazu brauchts dann die entsprechenden Isolieraufleger mit Verdampferstation und Pumpe - nicht gerade billig. Jedoch wird man Dir bei 100m³ LN2/Monat sicher einen guten Preis machen. Je nach Idee diedahinter steckt macht es dann auch Sinn mit der Idee anzufragen da, wenn nachvollziehbare Aussicht auf Erfolg, vielleicht noch ein Extrarabatt für neue Markttechnologie kommt.
[...]
also ich habe ja oben mit der Flüssigdichte ( -196 °C) und der Realgasdichte bei 293 °C gerechnet. Macht für mich ohne taschenrechner und blosses hingucken eben ca. 700bar da ~1:700 je m3-Flüssig.
Mir sind somit Deine 280Mpa etwas schleierhaft.
im weiten erinnert das an der N2-Flaschenabfüllung (und einiger anderer Gase). Aus einem Flüssighochtank wirf mittels Flüssig-tiefkalt-Pumpe das L-Produkt über einen Wärmetauscher (Umweltwärme) geschickt und dabei der Druck im Wt-System mittels Druckabschaltung der Pumpen gesteuert. Der im WT-System anstehende Druck liegt dann Beispielsweise bei 250bar und dient dann zur Flaschenfüllung ohne weitere Hilfenergie.
Ich würde überlegen ob nicht anstelle eines Kolbenmotors direkt eine Turbine eingesetzt werden kann:
Mir liegt schon seit langem der gedanke im Kopf ob man nicht den Verbrennungsmotor mit Hochdruck-Wasserinjektion versehen sollte. Das Abgas wird nicht nur heruntergekühlt sondern durch die Verdampfung des Wasser gleich Volumenarbeit geleistet. Vermutlich würde die H2O-injektion auch die Abgaswerte für NOx (bei Dieseln) reduzieren.
Das ist heute pauschal so nicht mehr zu sehen. Afaik wird mittlerweile rel. viel O2 durch PSA-Technologie (Aktivkohle-Adsorptionssystem) gewonnen. Es ist auch nicht so das damit unmengen an LN2 anfallen täten die dann durch ablassen und sinnloses Verdampfen in die Luft geblasen werden. LN2 wird zunehmend in Inertisierungsprozessen eingesetzt, für Verpackung von Lebensmittel, Tiefkühlung, und Abluftprozesswäscher eingesetzt. Desweiteren für die Gewinnung von LH2 benötigt.
Problem solcher Tanks ist jedoch das sie, infolge geringen Wärmeübergangs, permanent Druck aufbauen und somit ein Entspannungsventil haben müssen. Dies kann in Umschlossenen oder nicht ausreichend gelüfteten Räumen bei entsprechender leckrate zur deutlichen O2-Absenkung führen.
^^^^^^^^^^^^^^^^^ da der saubere Strom aus Steckdosen kommt -scnr.
Fahrzeuge werden mit Ex-sicheren Dieselmotoren (Wasser-Gaswäscher) betrieben oder mit Druckluft aus der leitung oder tatsächlich mit Hochdruckgaszylindern. (Grubenlocks)
Ok, das wäre unter Umständen (Trinkwasserschutzgebiete, Gefährdete Ökosystem) ein Einsatzort. Es gibt dazuaber auch Fahrzeuge welche beispielsweise auf Raps/biodiesel umgerüstet sind und selbst die Arbeitshydrauliken wohl auf umweltfreundliche Betriebsmittel umgerüstet sind.
Ich möchte vor allem keine Druckgas-Vorratsbehälter mit einem Fülldruck von 3.000 bar mit mir herumschleppen. Druckluftmotoren auf Fahrzeugen wie Grubenlokomotiven sind nichts neues - hier geht es darum, den billigen und ungefährlichen tiefkalten flüssigen Stickstoff als Antriebsmedium zu verwenden.
Ist schon klar - ich wollte einfach die Größenordnung wissen; bei 100 Euro pro kWh wäre das ganze eben sowieso eine Schnapsidee gewesen.
Nun ist Stickstoff bei hohen Dichten eben kein ideales Gas mehr, daher wohl die (erhebliche) Differenz.
Ich hab sie aus der von
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ausgeworfenen Datentabelle - ob's stimmt, kann ich nicht beurteilen.
Vielleicht - das ist eine technische Frage. Die Turbine ließe sich zudem mehrstufig mit "Zwischenüberhitzern" ausführen.
Die Idee ist allerdings nicht neu - das wurde schon im Zweiten Weltkrieg bei Flugzeugmotoren praktiziert.
Nun gut, mit steigender Nachfrage würden sicher auch die Preise steigen.
Klar, aber das Problem tritt bei LNG-Fahrzeugen genauso bzw. in ähnlicher Form auf.
Ja, sicher. Elektrofahrzeuge sind natürlich umweltfreundlicher. Das Problem sind die Akkus. Sind bezahlbare Luftverflüssigungsanlagen im Haushaltsformat denkbar, wie hoch wäre dann der Energieaufwand pro Liter LN2, wenn man sie an der Steckdose betreibt? (Also das Fahrzeug nachts "betanken" und tagsüber fahren?)
Irgendwann kommt ein Großteil des Steckdosenstroms aus PV und Wind, dann bleibt für Fahrzeuge gar nichts anderes übrig, als die Sonne in den Tank zu packen, wenn man nicht entlang von Oberleitungen fahren will.
Dafür werden sie eingesetzt - ich bezweifle allerdings, daß es sich um technisch hochgezüchtete Motoren handelt. (Wahrscheinlich sind es einfach Druckluftmotoren mit wenigen hundert bar Betriebsdruck, und als Antrieb schüttet man etwas LN2 in eine Druckgasflasche und läßt es darin verdampfen. Die Beschreibung, die ich hörte, war journalistisch und wenig aussagekräftig: , , ; die "N-Gine AG" scheint allerdings schon wieder in der Versenkung verschwunden zu sein:
Suchbegriff: n-gine.ag Adresse: whois.nic.ag Suchergebnis: NOT FOUND.)
Das hat nicht unbedingt etwas zu sagen. Die genannte Firma sollte getrost einmal bei einem anderen Anbieter nachfragen. Zumindest Linde kaeme ja in Frage, ansonsten je nach regionaler Lage. Die Gasfirmen betreiben untereinander ein Clearing. Soll heissen, moeglicherweise kommt die Rechnung von Linde, der reale Stickstoff aber selbstverstaendlich von der naheliegende AL-Verfluessigung. Von der Sol Group haben wir im Prinzip Linde-Stickstoff (8 km Luftlinie) erhalten. Die kamen zwar mit eigenem Firmenfahrzeug, aber das war nach Aussagen des Fahrers ausschliesslich in Sueddeutschland im Einsatz. Wenn Linde in Mailand liefern (so sie das tun,; keine Ahnung), dann fahren die im Gegenzug mit Sicherheit zur Abfuellanlage der Sol Group.
Und? Kommst Du auch auf 40 MJ/kg, oder habe ich da irgendwo Unsinn gerechnet? (Kommt mir nämlich immer noch reichlich viel vor.)
(Wenn ich diese Tabelle verstehen würde, dann könnte ich wahrscheinlich aus irgendeiner Spalte entnehmen, wieviel Wärme bei der Aufwärmung und Expansion aufgenommen wird.)
Technisch wäre es übrigens ganz schön, wenn der Stickstoff gar nicht erst so irrsinnig hohe Drucke aufbauen würde, sondern aus der inneren Energie direkt kinetische Energie machen, also etwa so:
Ein Rohr, daß durch Umgebungswärme sehr effizient erwärmt wird - an einem Ende wird flüssiger Stickstoff mit normalem Druck eingefüllt, am anderen tritt Gas mit hoher Geschwindigkeit aus und treibt dann eine Strömungsmaschine an. Wenn die 40 MJ/kg stimmen, dann läge die Austrittsgeschwindigkeit allerdings bei 8,9 km/s - kann ich auch nicht recht glauben.
Naja, das meiste wird als Inertgas benötigt, allerdings in einem offenen Prozess, da dürften kleine Mengen Sauerstoff nicht problematisch sein. Der Rest wird nur zum Einschrumpfen benötigt, da ists sowieso unkritisch.
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