Brennstoffzellentechnologie

Kompakt, emissionsarm und praktisch geräuschlos, wandeln Brennstoffzellen Primärenergie direkt in Strom und Wärme um. Sie basieren auf einem elektrochemischen Wirkprinzip: Die bei der "kalten" Verbrennung frei werdende Energie eines Brennstoffes (Wasserstoff, Erdgas, Benzin, Methanol) wird direkt in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Ein Generator wird hier nicht benötigt.

Gegenwärtig arbeitet die Forschung bei der Weiterentwicklung der Technologie an zwei wesentlichen Schwachstellen: Zum einen nimmt derzeit der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle mit der Lebensdauer ab und zum anderen sind die Investitionskosten momentan noch sehr hoch.

Funktion und Aufbau von Brennstoffzellen

Bei einer Brennstoffzelle handelt es sich um eine besondere Art eines galvanischen Elements. Galvanische Elemente sind Energieumwandler, die auf elektrochemischem Weg eine Spannung erzeugen.

In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander zu Wasser. Dabei sind beide Gase durch einen so genannten Elektrolyten voneinander getrennt und tauschen nur über einen elektrischen Leiter Elektronen aus. Dieser Elektronenfluss macht die Brennstoffzelle zur Stromquelle. Genutzt wird jedoch auch die entstehende Wärme. Als Reaktionsprodukt entsteht reines Wasser. Das macht die Brennstoffzelle so umweltfreundlich. Bei elektrischen Wirkungsgraden von ca. 35 % sollen Gesamtwirkungsgrade von über 80 % erreicht werden.

Anwendungsbereiche von Brennstoffzellen

In der Raumfahrt wurde die Brennstoffzelle erstmals eingesetzt, doch waren es die Automobilhersteller, die vor mehr als zehn Jahren zu den Wegbereitern für die Technologie wurden. Ingesamt werden im zivilen Bereich hauptsächlich drei Anwendungsbereiche für die Brennstoffzelle erprobt: mobile, portable und stationäre.

Die stationären Brennstoffzellen, die in Gebäuden installiert werden und dort für Strom und Wärme sorgen, werden in zahlreichen Feldtests weiterentwickelt und getestet. Dabei können die Energiewirtschaft und die Gerätehersteller auf eine etablierte Infrastruktur für die Brennstoffversorgung bauen. Der für die Brennstoffzellentechnologie erforderliche Wasserstoff lässt sich durch Reformierung aus Erdgas gewinnen. An das Erdgas-Leitungsnetz sind in Deutschland 47,2 Prozent aller Wohnungen angeschlossen.

Wenn es um Mobilität geht, kommen Brennstoffzellen beispielsweise in Bussen und Personenkraftwagen zum Einsatz. Die Europäische Kommission fördert seit 2003 den Praxistest von 30 Brennstoffzellenbussen in zehn europäischen Städten, darunter auch Stuttgart und Hamburg. Ziel ist es, den Betrieb und auch die dazu notwendige Infrastruktur zu erproben sowie Erkenntnisse über die öffentliche Akzeptanz zu gewinnen.

Notebooks, Camcorder oder Mobiltelefone, die ihren Strom aus Brennstoffzellen gewinnen, vervielfachen die Laufzeiten der Geräte. Experten gehen davon aus, dass dieser Anwendungsbereich am schnellsten die Marktreife erreichen wird.