H2-Racing – mit der Brennstoffzelle in die Zukunft
Die Industrialisierung unserer Gesellschaft wurde möglich, weil wir Menschen fossile und atomare Energiequellen in großem Umfang ausgebeutet haben. Unser Wohlstand beruht zu einem großen Teil auf der Umwandlung dieser Energien in die nutzbaren Energieformen thermische, mechanische und elektrische Energie. Diese Nutzenergien werden überall auf der Erde in immer größerem Maße benötigt, während die fossilen und atomaren Energierohstoffe nur an bestimmten Orten förderbar sind. Aus dieser Verteilung ergeben sich große Ungerechtigkeiten und Konflikte wie aktuell der Krieg in der Ukraine.
Darüber hinaus führt die Verbrennung fossiler Rohstoffe seit Beginn der Industrialisierung zu einer künstlichen Erwärmung der Erde, dem so genannten ‚anthropogenen Treibhaus-Effekt‘. Die Vereinten Nationen haben daher 2015 die 17 globalen Ziele formuliert, um zum Schutz aller Lebewesen auf der Erde den Klimawandel zu begrenzen. Das 7. Ziel ‚Bezahlbare und saubere Energie‘ fordert u.a. den Anteil erneuerbarer Energie im globalen Energiemix deutlich zu erhöhen und bezahlbare, verlässliche und moderne Energiedienstleistungen bereitzustellen.
Neben der Bereitstellung ‚sauberer‘ elektrischer Energie durch erneuerbare Energiequellen wie Windräder oder Photovoltaik ist dabei die nachhaltige Speicherung elektrischer Energie von besonderer Bedeutung. Reversible Brennstoffzellen bieten die Möglichkeit, Wasser mit Hilfe elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Im umgekehrten Prozess entsteht in dieser Brennstoffzelle durch die ‚kalte Verbrennung‘ von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie und Wasser. Insgesamt betrachtet, wird somit die Energie der Sonne über eine Kette von Energiewandlern zuerst in Form chemischer Energie gespeichert um diese anschließend an einem beliebigen Ort zu einer beliebigen Zeit als Nutzenergie einzusetzen.
Aufgabe
Die nachfolgenden Aufgabenbeschreibungen wenden sich an die Schüler_innen der weiterführenden Schulen des Landkreises Verden. Im Mittelpunkt stehen reversible Brennstoffzellen, die in zwei Energieketten eingesetzt werden sollen. In der ersten Energiekette wird die Strahlungsenergie einer vorgegebenen Lichtquelle – als Ersatz für die Sonne – zunächst durch Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt und diese anschließend mit Hilfe einer reversiblen Brennstoffzelle in Form chemischer Energie in den Gasen Wasserstoff und Sauerstoff gespeichert.
Jedes Team hat somit die Aufgabe, eine ‚Solartankstelle‘ zu bauen und zu optimieren, um die Strahlungsenergie einer vorgegebenen Lichtquelle – als Ersatz für die Sonne – im Tank der reversiblen Brennstoffzelle als Wasserstoff und Sauerstoff zu speichern.
Diese gespeicherten Gase werden anschließend in einer zweiten Energiekette wiederum durch eine reversible Brennstoffzelle zunächst in elektrische Energie und anschließend durch einen Elektromotor in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt.
Jedes Team hat somit die Aufgabe, ein Elektrofahrzeug zu bauen und zu optimieren, das alleine auf der Grundlage der im Wasserstoff und Sauerstoff gespeicherten chemischen Energie zwei unterschiedliche Fahraufgaben erfüllen soll. Auf dem Elektrofahrzeug dürfen neben der Brennstoffzelle keine weiteren Energiespeicher eingesetzt werden.
Aufgabenstellung
Datei zur Anmeldung
Plakate
Fragen zum Wettbewerb
Weitere Hinweise zur aktuellen Wettbewerbsaufgabe vom 25.4.2023:
@Leistungsgruppe 1: Für das Fahrzeug selbst sollen nur Materialien aus dem Baukasten verwendet werden. Für die Führung am Schlauch können dagegen weitere Materialien, auch 3D-gedruckte Teile, eingesetzt werden.
@Fahraufgabe 1: Präsentation VOR der Fahraufgabe
Teil dieser Präsentation muss sein, dass die Teams die Wettbewerbsrahmenbedingungen (Flächengröße der Solarzellen, Abstand Solarzellen – Halogenreflektorlampe, Solarzellenpeakleistung < 1W, Energiequellen ohne Energie) einhalten!
@Fahraufgabe 2: Fahrtrichtung
Bei dieser Fahraufgabe ist entscheidend, dass beide Fahrzeuge in die gleiche Richtung fahren :-)! Das ist in der Aufgabenstellung leider nicht berücksichtigt. Das Juryteam hat die Richtung ‚Uhrzeigersinn‘ festgelegt!
@Alle Fahraufgaben: Klärung von Zuständigkeiten innerhalb jedes Teams
Es kann auch bei der Wettbewerbspräsentation vorkommen, dass das Fahrzeug die Führung verlässt, schlimmstenfalls sogar umkippt, so dass Wasser aus der Brennstoffzelle fließt. Die Teams sollten hier Zuständigkeiten absprechen und ggf. üben, was dann passieren soll.
Sollte das Fahrzeug die Führung verlassen, darf es beliebig häufig an die Stelle zurückgesetzt werden, an der die Führung verlassen wurde. Das Zurücksetzen führt jedoch dazu, dass man für diese Fahraufgabe weniger Punkte erhält.
Organisation:
Fragen bitte an den Organisator des diesjährigen Wettbewerbs senden:
dieter.schmidt@igs-oyten.eu