HHO-Zelle

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Als HHO-Zelle wird eine Zelle bezeichnet, die zur Wasserelektrolyse in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Bei der Verbrennung des Elektrolysegases im Motor soll eine Treibstoffersparnis erzielt werden.

Aufbau und Funktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

HHO-Zellen können als Nasszellen und Trockenzellen aufgebaut werden. Bei einer Nasszelle befinden sich die Elektroden in einem Gefäß und sind komplett von Wasser umspült. Das Gefäß ist gasdicht gebaut, damit das Gas in den Gasschlauch fließen kann. Ganz anders ist der Aufbau der Trockenzelle. Dort kommt kein Gefäß zum Einsatz, sondern die Elektroden selbst bilden ein Gefäß, so dass die Zelle nach außen trocken bleibt. Während eine Nasszelle wie eine Wanne das Wasser für die Elektrolyse hält, muss bei einer Trockenzelle für einen Zulauf von Wasser gesorgt werden, denn die Trockenzelle würde ohne ständigen Wasserzulauf sehr schnell "austrocknen" und überhitzen. Für den Wasserzulauf sorgt ein Wassertank, der oberhalb der Trockenzelle angebracht werden muss, damit das Wasser durch die Schwerkraft in die Zelle fließen kann. Bei jeder Art von Zelle stehen sich immer Anode und Kathode in geringem Abstand gegenüber (meist 1,5 mm – 3 mm). Bei einer Trockenzelle sind die Elektroden oben und unten mit Löchern oder Schlitzen versehen, damit das Wasser unten durch die ganze Zelle laufen kann bzw. das Gas oben entweichen kann. Mit einer Gummidichtung in Ringform werden die Elektroden auf Abstand zueinander gehalten. Elektroden und Gummiringe bilden so das Gefäß der Trockenzelle, in der das Wasser elektrolysiert wird. Jede Trockenzelle hat einen Wassereinlauf (unten) und einen Gasauslass (oben). Zelle und Wassertank bilden somit einen Kreislauf. Ständig läuft Wasser aus dem Tank in die Zelle und Gas, vermischt mit Wasser, in den Tank zurück. Dieser Kreislauf dient nicht nur der Versorgung mit Wasser, sondern auch der Kühlung.

Eine Zelle besteht aus einem Plattenstapel von Elektroden, die an die Bordnetzspannung des Fahrzeuges (12 oder 24 Volt) angeschlossen werden. Eine Zuführung liefert Wasser nach, während das Elektrolysegas (Knallgas, bestehend aus Wasserstoff und Sauerstoff) gemeinsam gesammelt wird.

Effekte bei der Anwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beworben wird die Zelle häufig als Mittel zur Treibstoffeinsparung. Es wird durch den von der Lichtmaschine gelieferten Strom Wasser in der Zelle zerlegt und das entstehende Knallgas wird im Ansaugtrakt des Motors zur Verbrennung beigemischt. Dadurch tritt jedoch zunächst energetisch keinerlei Treibstoffeinsparung, sondern Mehrverbrauch ein.

Einsparungen wären nur denkbar, wenn geringe Beimischungen eine wesentliche Effizienzsteigerung des Verbrennungsmotors herbeiführten. Nach [1] verbessert sich zwar bei Wasserstoff als Brenngas der Wirkungsgrad eines Ottomotors (u. a. höhere Flammgeschwindigkeit, weiter Zündbereich), aber eine grundsätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades ist nicht möglich.

Ein Zahlenbeispiel verdeutlicht das selbst mit stark idealisierten Werten: Mit einem Ottomotor einem Wirkungsgrad von 30% bei reinem Benzinbetrieb sind mit 100 kW thermischer Benzin-Verbrennungs-Wärmeleistung 30kW mechanische Leistung zu erreichen. Nun sollen durch Elektrolyse durch Beimischen des Knallgases 10% Treibstoffeinsparung erzielt werden. Angenommen, man verwendet hierzu 1 kW der (hierzu zu vergrößernden) mechanischen Leistung (realistischer Wert bei einer großen Lichtmaschine). Man erhält daraus bei einem Generatorwirkunsgrad von 90% und einem Elektrolyse-Wirkungsgrad von 70% (beides unrealistisch hohe Idealwerte) eine chemische Leistung des Knallgas-Stoffstromes von 630 Watt. Die Beimischung müsste nun eine Wirkungsgradverbesserung des Ottomotors um 4% auf 34% bewirken, um den Kraftstoffverbrauch auf 90 kW zu senken. Verzichtete man hingegen ganz auf die Anlage, würde man dieselbe Einsparung mittels einer Wirkungsgradsteigerung auf 33,3% erreichen können.

Von einer Energieeinheit Benzin kommen hierbei nur ca. 19 % in Form des brennbaren Gases aus der HHO-Zelle. Der Gesamtverlust dieser Erzeugerkette beträgt also ca. 81 %.

Aus physikalischer Sicht ist dieses Prinzip nicht funktional, die Treibstoffeinsparung ist wissenschaftlich im beworbenen Umfang nicht begründbar. In [2] zitierte Gutachten, u. a. der NASA oder des Jet Propulsion Laboratory zeigen zwar durchaus Effekte einer verbesserten Effizienz der Verbrennung im Motor nach Zusatz von Knallgas, jedoch ist hierbei der Energieeinsatz zur Erzeugung des Knallgases nicht mitbetrachtet.

Es handelt sich bei den besprochenen Anlagen insofern um eine Form von „Schlangenöl“.

Weitere Risiken sind die Handhabung des explosiven Knallgases und die erhöhte Motorbelastung aufgrund höherer Verbrennungstemperaturen, des geänderten Zündverhaltens und der höheren Verbrennungsgeschwindigkeit. Moderne Motoren mit Kennfeldsteuerung können das geänderte Kraftstoffgemisch nicht korrekt berücksichtigen.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. https://epub.wupperinst.org/frontdoor/deliver/index/docId/6647/file/6647_Wasserstoff-Studie.pdf Jörg Adolf et al.: Shell Wasserstoff-Studie Energie der Zukunft? Nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H2, abgerizen am 6. Apr. 2019
  2. hhogas.at: Emissions and Total Energy Consumption of a Multicyliner Piston Engine Running on Gasoline and a Hydrogen-gasoline Mixture. (PDF; 2,3 MB).