2A01:598:D84A:A74F:F9F5:3716:8E2E:F415: /* Grundstoff: Magnesium */

2023-05-23T12:28:01Z

Grundstoff: Magnesium

Neue Seite

{{QS-Transport und Verkehr}}

Der '''MAGIC Motor''' ist der Entwurf einer [[Wärmekraftmaschine]], die von der [[Mitsubishi Corporation]] und der [[Tōkyō Kōgyō Daigaku|Technischen Hochschule Tokio]] entwickelt wurde. Das Projekt ist über ein experimentelles Stadium nicht hinausgekommen. Ein MAGIC Motor verbrennt [[Magnesium]] und [[Wasser]], um heißen Dampf und damit [[Arbeit (Physik)|Arbeit]] zu leisten. Er benötigt keine [[Fossile Energie|fossilen Treibstoffe]].<ref name="mitsu">[http://www.mitsubishi.com/mpac/e/monitor/back/0608/green.html "CO2-Free Engine Powers Up"], (englisch) Webauftritt von Mitsubishi</ref><ref name="invent">[http://inventorspot.com/articles/japan_magnesium_energy_cycle_5887 "Clean Magnesium Energy Cycle Hints at Fossil Fuel Freedom"], (englisch) von Steve Levenstein, 27. Juli 2007, InventorSpot.com</ref><ref name="size">[http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20060413/116078/ "TIT & Mitsubishi Prototypes Pollution-free Engine Excluding Fossil Fuel"], (englisch) von Motohiko Hamada and Nikkei Monozukuri, techon.nikkeibp.co.jp</ref> Maßgeblich am Projekt beteiligt war Professor [[Takashi Yabe]]. Das [[Acronym]] MAGIC bedeutet im Englischen Magnesium Injection Cycle; übersetzt ins Deutsche etwa Magnesiumkreislauf-[[Einspritzmotor]].

== Geschichte ==
* 2005 – Ein Gemeinschaftsprojekt zwischen [[Mitsubishi Corporation|Mitsubishi]] und der [[Tōkyō Kōgyō Daigaku|Technischen Hochschule Tokio]] wird gegründet.
* 2006 – Entwicklung eines Prototyps eines [[kohlenstoffdioxid]]freien Motors der erfolgreich funktionierte.
* 2007 – Professor Yabe plante den Motor aus Anlass des [[G8-Gipfel in Tōyako 2008]] in [[Chitose]], [[Japan]] vorzuführen.<ref name="invent" />

== Grundstoff: Magnesium ==
→ ''Siehe auch Hauptartikel: [[Magnesium]]''.

Magnesium ist ein Metall, leichter als [[Aluminium]], mit einem weißlichen, silbrigen Glanz. Meerwasser enthält viel Magnesium, mehr als 1 kg/m³, etwa 1800 Billionen Tonnen.<ref name="seawater">[http://www.mgciv.com/blog/what-is-magnesium-based-energy-cycling.html?lang=en "What is Magnesium-based energy cycling"], (englisch) www.mgciv.com</ref> Magnesium ist hochreaktiv, wenn es mit Wasser zusammentrifft verbrennt es sehr schnell. Es ist ebenso leicht entzündlich wie Wasserstoff. Andererseits entzündet sich festes Magnesium bei Temperaturen unter 650 °C nicht, es kann bei Raumtemperatur aufbewahrt werden. Es kann tatsächlich länger als 10 Jahre gespeichert werden.

→ ''Siehe auch Hauptartikel: [[Energiedichte]]''.

Die [[Energiedichte]] von Magnesium ist recht hoch. Die Reaktion zwischen Magnesium und Wasser erzeugt Wärme. Gleichzeitig wird Wasserstoff erzeugt. Dieser Wasserstoff kann gleichzeitig verbrannt werden und erzeugt weitere Wärme. Magnesium hat einen Heizwert von 25 MJ·kg−1. Mit der Wärmeenergie kann eine große Menge von Wasserdampf erzeugt werden, der in Turbinen genutzt wird, um die im Magnesium gespeicherte Energie in Arbeit (mechanische Energie) umzuwandeln.

Zum Vergleich: Der Heizwert von Kohle beträgt etwa 30 MJ·kg−1, etwas mehr als bei Magnesium.<ref name="energydensity">[http://www.mgciv.com/blog/magnesium-can-be-burned-at-power-generation-plants.html?lang=en "Magnesium can be burned at power generation plants"], (englisch) www.mgciv.com</ref>

In der Tabelle sind verschiedene Energieträger und Energiespeicher aufgeführt, die für eine Anwendung in Fahrzeugen in Frage kommen. Unter den erneuerbaren Energieträgern hat Magnesium die höchste Energiedichte.

=== Vergleich mit anderen Energieträgern und -speichern ===
{| class="wikitable sortable"
! Stoff/System !! Energiedichte in MJ/kg !! fossil/erneuerbar !! Bemerkung, Anwendung
|-
| [[Bleiakkumulator]] || align="right" | 0,11 || erneuerbar || Autobatterie
|-
| [[Nickel-Metallhydrid-Akkumulator|NiMH-Akku]]<ref name="EnergizerNiMH">[http://data.energizer.com/ Energizer Produkt-Webseite: NiMH-Akku Bauform AA mit 2500 mAh, 1,2 V, 30 g]</ref> || align="right" | 0,36|| erneuerbar || HR6-Mignonzelle
|-
| [[Lithium-Ionen-Akkumulator|Li-Ionen-Akku]] || align="right" | 0,5|| erneuerbar ||Bereich: 0,36–0,5 MJ/kg,<ref name="ETH">{{Internetquelle | url=http://www2.ife.ee.ethz.ch/~rolfz/batak/Merkblatt_Batterien_und_Akkus.pdf | titel=Merkblatt Batterien und Akkus | autor=Rolf Zinniker | datum=2003-08-25 | zugriff=2011-05-03 | format=PDF; 151 kB | archiv-url=https://web.archive.org/web/20101128042834/http://www2.ife.ee.ethz.ch/~rolfz/batak/Merkblatt_Batterien_und_Akkus.pdf | archiv-datum=2010-11-28}}</ref> letztere Zahl siehe: [[Akkumulator]]
|-
| [[Li-Polymer-Akku]]<ref name="ETH" /> || align="right" | 0,54|| erneuerbar || Modellbau
|-
| [[Wasserstoff]] (inkl. [[Metallhydridspeicher|Hydridtank]]) || align="right" | 1,19 || erneuerbar
|-
| [[Magnesium]] || align="right" | 25 || erneuerbar || inkl. Wasserstoff-Verbrennung<ref name="energydensity" />
|-
| [[Erdgas]] || align="right" | 36–50 || fossil || Brennwert
|-
| [[Motorenbenzin|Benzin]] || align="right" | 43 || fossil
|-
| [[Dieselkraftstoff]] || align="right" | 45,4 || fossil
|-
| Wasserstoff (ohne Tank)<ref>Louis Schlapbach, Andreas Züttel: ''Hydrogen storage materials for mobile applications, Nature 414, 2001''</ref> || align="right" | 142 || erneuerbar
|-
|}
: 1 J = 1 [[Watt (Einheit)|W]][[Sekunde|s]]; 1 MJ = 0,2778 [[kWh]]; 1 kWh = 3,6 [[Größenordnung (Energie)#Megajoule – MJ|MJ]]

== Energiekette und Materialkreislauf ==

=== Extraktion von Magnesium aus Meerwasser ===
Durch Verdampfen von Meerwasser kann man [[Magnesiumchlorid]] gewinnen. Mit Hilfe des Solar-Lasers kann man daraus reines Magnesium herstellen.

Das Magnesiumchlorid im Meerwasser enthält chemisch gebundenes Wasser. Wird es erhitzt entsteht Magnesiumoxid und [[Salzsäure]].

=== Reduktion des Magnesiumoxids mit Sonnenenergie ===
[[Datei:Magnesium oxide.jpg|miniatur|Pulverförmiges Magnesiumoxid]]
Wenn man ohne Katalysator arbeitet, benötigt man eine Temperatur von 20.000 °C um [[Magnesiumoxid]] in Magnesium und Sauerstoff aufzuspalten.
Das Magnesium wird durch einen mit Sonnenenergie betriebenen Laser aus dem Oxid zurückgewonnen.
[[Datei:Laser chitose.jpg|miniatur|Mit Sonnenlicht betriebener Laser in Chitose, Japan]]
Das einfallende Sonnenlicht wird mit einer 4 m2 großen [[Fresnel-Linse]] aus Kunststoff auf eine Fläche von etwa 6 cm2 fokussiert. Ein solcher Punkt kann allerdings höchstens so heiß werden, wie die Oberfläche der [[Sonne]], also etwa 6000 °C.
Das Sonnenlicht besteht aus Licht mit verschiedenen Wellenlängen: Ultraviolett, sichtbares Licht, Infrarot-Licht.
Das fokussierte Sonnenlicht bestrahlt ein Cr-dotiertes Nd:YAG keramisches Material.
Dieses Material ist in der Lage Sonnenlicht aus verschiedenen Spektralbereichen von blauem Licht (ca. 400 nm) bis zu nahem Infrarot (ca. 900 nm) in nahes Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1064 nm zu konvertieren. Der Laserstrahl wird durch eine Linse auf eine Fläche von weniger als 6 mm2 fokussiert, um extrem hohe Temperaturen zu erzeugen.<ref name="laser">[http://www.mgciv.com/blog/economical-solar-pumped-laser.html?lang=en "An economical “Solar-pumped laser” produces ultra high temperature"], (englisch) www.mgciv.com</ref>

Mit dem extrem heißen Lichtstrahl wird für sehr kurze Zeit (0,2 s) Magnesiumoxid-Pulver bestrahlt, die Oberfläche verdampft und das entstehende Gas enthält zu ca. 30 % Magnesium.
Das gasförmige Magnesium wird rasch durch ein inertes Gas (z. B. Argon) abgekühlt, damit es nicht mit Luftsauerstoff reagieren kann. Das Magnesium wird als Substrat abgelagert.

Weitere Versuche legen nahe, dass diese Umwandlung von Magnesiumoxid in Magnesium mit einem Wirkungsgrad von 45 % arbeiten kann.<ref name="laser_wirkungsgrad">[http://www.mgciv.com/blog/laser-smelt-magnesium.html?lang=en "Can a laser smelt magnesium?"], (englisch) www.mgciv.com</ref>

=== Der Motor ===

Die chemische Reaktion zwischen Magnesium (in pulverisierter Form) und Wasser bei Raumtemperatur erzeugt energiereichen [[Dampf]] und [[Wasserstoff]]. Gleichzeitig wird der Wasserstoff verbrannt und dabei noch weiterer energiereicher Dampf erzeugt. Diese beiden Dampfquellen treiben den Motor an.
Der Energiezyklus erzeugt kein CO2 oder andere schädliche [[Luftverschmutzung|Emissionen]].
Die einzigen Endprodukte der Reaktion sind Wasser und [[Magnesiumoxid]].

Trotz seinen kleinen Abmessungen (Durchmesser ca. 5 cm, Höhe ca. 13,5 cm), kann der Motor eine Wärmeleistung von mehreren Dutzend [[Kilowatt|kW]] abgeben, die über die Zeit in mechanische Arbeit umgesetzt werden.<ref name="size" />

Die Motorentwicklung wurde geleitet von Professor [[Takashi Yabe]] mit der Unterstützung von Professor Ikuta und anderen von der Technischen Hochschule Tokio in Kooperation in Ono Denki Seisakusho, K.K. einem Hersteller aus [[Shinagawa]], [[Tokio]].

==== Chemische Reaktionen ====
Im MAGIC-Motor wird Magnesium mit Wasser "verbrannt":

:<math>\mathrm{2 \ Mg \ + \ H_2O \longrightarrow \ 2 \ MgO \ + \ H_2}</math>

gleichzeitig wird der entstehende Wasserstoff mit Luftsauerstoff verbrannt:

:<math>\mathrm{ 2 \ H_2 + \ O_2 \longrightarrow \ 2 \ H_2O}</math>

== Anwendungen ==
Es war vorgesehen, den Motor in [[Kraft-Wärme-Kopplung|Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen]], Fahrzeugen, Schiffen und vielen anderen Gebieten zu verwenden.

== Vergleich Magnesiumkreislauf und Wasserstoffkreislauf ==
Bei gleichem Volumen ist Magnesium viel schwerer als Wasserstoff. Will man Wasserstoff speichern, benötigt man einen stabilen Tank. Der Wasserstoff entweicht sehr leicht, falls der Tank beschädigt wird.
Magnesium kann bei Raumtemperatur aufbewahrt werden. Es kann tatsächlich länger als 10 Jahre gespeichert werden.

Wasserstoff benötigt spezielle Einrichtungen und kann nicht so einfach gespeichert werden.
Um die Energie zu speichern, die ein 1000-MW-Kraftwerk an einem Tag (in 24 Stunden) erzeugt (100 * 1012 Joule) benötigt man bei Wasserstoff bei einem Druck von einem bar einen Tank mit den Abmessungen 1 km × 1 km × 10 m.
Dieselbe Energiemenge kann man mit Magnesium in einem Tank der Größe 15 m × 15 m × 10 m speichern.<ref name="magnesium_fuel">[http://www.mgciv.com/blog/magnesium-is-fuel-en.html?lang=en "Magnesium is fuel"], (englisch) www.mgciv.com</ref>

== Entwicklungen ab 2006 ==
In einer Ankündigung im Jahr 2006 wurde erklärt, dass weitere Forschung geplant sei, mit dem Ziel der Markteinführung nach drei Jahren.<ref name="mitsu" /><ref name="size" /> Seither wurden keine aktualisierten Pläne veröffentlicht.

== Weblinks ==
* [http://www.mgciv.com/blog/?lang=en "The Magnesium Civilization"]
* [https://www.youtube.com/watch?v=lInMzC9qXYI "Magnesium and the Sun"], YouTube-Video (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Verbrennungsmotor]]
[[Kategorie:Energiewirtschaft]]

MAGIC Motor - Versionsgeschichte

2A01:598:D84A:A74F:F9F5:3716:8E2E:F415: /* Grundstoff: Magnesium */