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Energie : Sauber, einfach und bezahlbar - Strom aus der Brennstoffzelle

  • -Aktualisiert am

Schema der Brennstoffzelle Bild: FAZ.NET

Aus Wasserstoff und Sauerstoff gewinnt sie Strom. Die Brennstoffzelle könnte den Verkehr revolutionieren.

          2 Min.

          Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander zu Wasser und setzen Energie frei. Das machen sich derzeit viele Firmen zunutze und entwickeln Konzepte, diese Energie sinnvoll anzuwenden. Hauptvorteil der neuen Technik: es entsteht kein Abgas. Bei der "kalten Verbrennung" von Wasserstoff entsteht nur Wasser.

          Ähnlich wie eine Batterie

          Brennstoffzelle heißt das Zauberwort zur Energiegewinnung aus Wasserstoff. Denn in der Brennstoffzelle läuft die sonst sehr heftige Reaktion der beiden Stoffe geregelt ab und produziert solange Strom, wie Brennstoff - also Wasserstoff und Sauerstoff - zugeführt wird. In der Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie ähnelt die Brennstoffzelle herkömmlichen Batterien. Doch anders als Batterien, die Energie im Grunde nur speichern und nicht oder nur in geringem Maße wieder aufgeladen werden können, produziert die Brennstoffzelle selbst. Bei der Produktion haben die Brennstoffzellen mit 70 bis 85 Prozent einen weitaus höheren Wirkungsgrad, also eine höhere Ausbeute an Strom, als beispielsweise Dampfturbinen mit etwa 35 Prozent.

          Brennstoffzellen wandeln aber nicht nur Wasserstoff in Energie um, sondern auch Kohlenstoffverbindungen wie unter anderen Methan, Erdgas und Ammoniak. Ein Reformer gewinnt aus diesen Gasen den für die Brennstoffzellen nutzbaren Wasserstoff. Der Reformer spaltet die zugeführten Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxyd und für die Brennstoffzelle nutzbaren Wasserstoff. Kohlendioxy ist ein ungiftiges Gas, das aber zum menschgemachten Treibhauseffekt beiträgt.

          Unter 100 oder über 1000 Grad

          Die im Moment in mobilen Geräten wie Fahrzeugen, Computern und Heizgeräten eingesetzte Technik ist die Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEM-FC). Mit unter 100 Grad Celsius arbeitet diese Zelle bei deutlich kälteren Temperaturen als andere. In der Zelle hält eine Membran die beiden Gase voneinander ab und lässt nur die Wasserstoff-Ionen durch. Die Elektronen gehen einen anderen Weg, erzeugen dort Strom, kommen am Ende wieder mit den Ionen und dem Sauerstoff zusammen und erzeugen Wasser.

          Eine andere Technik verwenden Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC). Bei fast 1000 Grad Celsius sitzt zwischen Kathode und Anode ein Elektrolyt (meist Zirkoniumdioxyd), das die Reaktion bremst. Die hohe Betriebstemperatur macht es möglich, neben Wasserstoff auch direkt Erdgas oder Methan als Brennstoff einzusetzen. Die Zelle wandelt dabei das Erdgas in Wasserstoff und Kohlenstoff um. Meist werden solche Brennstoffzellen in Kraftwerken eingesetzt. Entscheidender Nachteil dieser Technik: Bei den hohen Temperaturen entstehen als Abfallstoffe auch Stickoxyde.

          Woher kommt der Wasserstoff?

          Die Energie, die bei der ungeregelten Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, ist jedoch auch eines der Probleme beim Antrieb mit Wasserstoff und seinem Transport. Denn die heftige Knallgasreaktion zwischen den beiden Gasen, die Lehrer in der Schule oft zeigen, kann unter widrigen Umständen an Lecks in Pipelines oder anderen Transportgefäßen zu Explosionen führen. Praktische Erfahrungen für den Ferntransport von Wasserstoff per Pipeline gibt es bisher nicht. Techniker halten es aber grundsätzlich für möglich und nicht für problematischer als eine Pipeline voller Erdgas.

          Wasserstoff kann auch in Form von Kohlenwasserstoffen, die dann in der Brennstoffzelle umgewandelt werden, transportiert werden. Besonders der Stoff Methanol bietet sich nach Meinung von Fachleuten an, denn Methanol wird weltweit schon in großen Mengen transportiert. Eine weitere Möglichkeit bietet der Transport von flüssigem Wasserstoff. In Containern wird die extrem kalte Flüssigkeit schon heute transportiert. Problem dabei: Den Wasserstoff zu kühlen ist selbst energieaufwendig und teuer. Zudem geht der Transport weniger schnell als in Pipelines.

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