A significant challenge for the global community is the increasing demand for clean and renewable energy technologies. However, a lack of knowledge of these technologies threatens to impede their adoption. The development of cheap, effective, and easy-to-use chemical and electrochemical storage technologies is crucial if countries are to move away from fossil fuel electricity production. In this paper, we describe simple classroom-based learning systems that can be used to demonstrate the power-to-gas concept and its ability to greatly enhance the practicability and sustainability of other renewable energy systems. Most renewable energy systems can only produce energy sporadically and at specific locations; however, the power-to-gas concept uses hydrogen, obtained by electrolysis, to produce methane via the Sabatier reaction. We also demonstrate how this “dream reaction”through the use of renewable energies such as solar and windcan produce industrially and energetically desirable methane from hydrogen and carbon dioxide. The power-to-gas concept can be easily replicated in both educational and informal settings to encourage more grassroots and scholastic interest in the development of these vital technologies.
Zusammenfassung: Obwohl Metall-Luft-Batterien schon relativ lange bekannt sind und kommerziell vertrieben werden, sind sie aktuell wieder stark im Fokus elektrochemischer Forschung. In der Technik wie auch bei der Realisierung in der Schulpraxis als Modellexperiment ist die Sauerstoff umsetzende Kathode häufig der neuralgische Punkt einer Metall-Luft-Batterie. Im vorliegenden Beitrag wird der Selbstbau einer auf Aktivkohle basierenden "Sauerstoffelektrode" vorgestellt, die in Kombination mit geeigneten Anodenmaterialien (Zink, Aluminium, Magnesium) zu äußerst leistungsfähigen Metall-Luft-Batterien führt. In einem demnächst erscheinenden Beitrag werden wir darüber hinaus aufzeigen, dass sich diese Elektrode auch hervorragend für eine (katalysatorfreie) Wasserstoffoxidation eignet und somit die Konstruktion einer low-cost Brennstoffzelle ermçglicht. Stichworte: Elektrochemische Speichersysteme · Kohleelektrode · Metall-Luft-BatterieMetal-air batteries with a novel carbon electrode -Advanced electrochemical storage systems for school experiments Abstract: Although metal-air batteries are well-known and commonly sold for commercial use, they are still the basis of current electrochemical research. In both industrial and classroom applications, the cathodes of typical modern metal-air batteries struggle to efficiently convert O 2 into O 2À . In this paper, we present an easily constructed cathode based on activated carbon which is more effective at oxygen conversion. Three different materials were tested for use in the anode and it was found that zinc, aluminum, and magnesium are all suitable materials for this purpose. Additionally, the carbon based cathode used in this experiment was found to be useful as a low-cost electrode in a catalyst-free hydrogen fuel cell. These findings will be further explored in a following article.
Zusammenfassung: DieEnergiewendeist nichtnur deutschlandweitein großes Thema. DieEnergieversorgung undEnergiespeicherung stelleneineder zentralenHerausforderungenbesonders fürdie nachfolgendenGenerationen dar. Daheri st es immens wichtig, dieseI nhalte in Schule undH ochschulez ui mplementieren. Im nachfolgendenBeitrag wird dasP ower to Gas-Konzeptals eine Mçglichkeitder Energiespeicherung regenera-tiverzeugterEnergienvorgestellt.DabeiwerdenzweiV arianten dargestellt, diesehochrelevanteReaktion experimentelli nd er Schule umzusetzen.Z udem werden verschiedene Mçglichkeitena ngeführt, dieR eaktionsprodukte zu identifizieren bzw. diesezuunterscheiden. Stichworte: PowertoGas ·Methanisierung·SpeicherungerneuerbarerEnergienThe"PowertoGas"-Concept-an educationalmoduletoimplement the"Energiewende"inschools Abstract: The" Energiewende"i sa ni mportants ubject in Germanya nd many otherc ountries. Thee nergy supply andthe energy storageare oneofthe main challenges forfuturegenerations. Forthisreason, it is very importanttoinclude thesetopicsinthe curriculaofschools anduniversities. Thefollowing articlepresentsthe "Power to Gas" -c oncept as oneoptionfor energy storageofrenewable energies.W eintroduce twowayst o realizet hese high relevant reactions as as chool experiment.F urthermore,w ep resent severalp ossibilities to identify anddifferentiate betweenthe products.
Das Titelbild zeigt einen Versuch zur Messung der Verbrennungsenthalpie von Wasserstoff, bei dem an einer Weißwandtafel übliches Laborgerät und medizin‐technisches Material magnetisch angeheftet ist. Dieses (Magnettafel‐)System hat sich auch bei der digitalen Durchführung des Unterrichts hervorragend bewährt (s. dazu den Beitrag von Grofe und Rubner auf S. 276).
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