Brennstoffzelle

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Brennstoffzelle

Brennstoffzellen machen sich die Energie zu Nutzen, die bei chemischen Oxidationsreaktionen entsteht und wandeln sie in Strom um. Dabei entsteht als Nebenreaktion auch Wärme. Es gibt heute etliche verschiedene Typen von Brennstoffzellen, die für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden können.
Oft handelt es sich dabei um Polymer Elektrolyt Membran Brennstoffzellen, die mit Wasser und Sauerstoff arbeiten.

Funktionsweise

Am Beispiel der Polymer Elektrolyt Membran Brennstoffzellen kann das Prinzip der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie schnell erklärt werden. Im Zellinneren reagiert Wasserstoffgas mit Sauerstoff. Dabei wird ein edelmetallhaltiger Katalysator eingesetzt. Als Elektrolyt fungiert eine Polymermembran, die nur Protonen durchlässt. Durch die Oxidation des Wasserstoffes entstehen an der Anode Protonen und Elektronen. Die Protonen wandern nun durch die für sie durchlässige Membran zur Kathode. Dabei fließen sie durch einen äußeren Stromkreis. Hierbei findet eine Aufladung der Protonen statt, die als Elektrodenpotential bezeichnet wird. Die Reaktion zwischen den Elektroden erzeugt nun die Potentialdifferenz, die sich im äußeren Stromkreis in Strom umwandeln lässt.

Entstehung der Brennstoffzelle

Der Physiker Sir William Robert Grove erfand die Brennstoffzellen schon im Jahr 1839. Zu dieser Zeit arbeitete er daran, durch Elektrolyse aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen und fand dabei heraus, dass sich dieser Vorgang auch umgekehrt möglich ist. Aus dieser Erkenntnis entwickelte er eine galvanische Gasbatterie.
In diesem Gerät, das aus zwei in Schwefelsäure getauchten Platinplatten bestand, konnte durch kalte Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt werden.
Viele weitere Versuche zur Entwicklung der Brennstoffzellen scheiterten in den folgenden Jahren hauptsächlich an Werkstoffproblemen, die nicht überkommen werden konnten. Im Jahr 1960 wurde erstmals eine Brennstoffzelle im Rahmen des amerikanischen Raumfahrtprogramms angewendet. Die zivile Nutzung der Brennstoffzellen wurde jedoch erst kürzlich relevant.

Nutzung der Brennstoffzelle

Heute werden die Brennstoffzellen als mögliche Revolution in der Energietechnik betrachtet. Zum Ende des vergangenen Jahrhunderts wurde es möglich, Brennstoffzellen zu entwickeln, die über eine höhere Leistungsfähigkeit verfügen und dabei gleichzeitig auf eine kosteneffizientere Weise hergestellt werden können. Somit können Brennstoffzellen heute in der Hausheizung oder zur Wärmebeschaffung bei Blockheizkraftwerken genutzt werden. Genauso gut können sie beim Fahrzeugantrieb oder elektronischen Geräten, wie beispielsweise Handys eingesetzt werden.

Vor- und Nachteile

Brennstoffzellen können überaus vielseitig angewendet werden, da das Format sehr flexibel ist. Bei der Stromerzeugung wird gleichzeitig Wärme freigesetzt, die ebenfalls genutzt werden kann. Schon der Wirkungsgrad bei der Erstellung von Strom ist sehr hoch und liegt weit über 50 Prozent. Zählt man die Wärmenutzung hinzu, so erreicht die Brennstoffzellen einen Wirkungsgrad von über 80 Prozent.
Zusätzlich arbeiten diese Anlagen fast völlig ohne Geräusche und Maßnahmen zur Geräuschdämmung sind überflüssig.
Die Brennstoffzelle ist sehr umweltfreundlich. Alle Materialien, die hier zur Verwendung kommen, sind umwelttechnisch gesehen unkritisch. Nach Ablauf der Lebensdauer der Brennstoffzellen können sie wiederverwendet werden. Die meisten der Brennstoffzellentypen stoßen kein CO2 aus. Die einzige Ausnahme hierbei ist die Direkt Methanol Brennstoffzelle.

Der größte Nachteil der Brennstoffzellen sind jedoch heute noch die hohen Investitionskosten und die kurze Lebensdauer. Deshalb kostet Strom aus den Brennstoffzellen heute noch ein Vielfaches dessen, was man für Strom aus dem normalen Strommix zahlen muss.
Oft werden auch die Befürchtungen um die Sicherheit des Tanks, in dem der Brennstoff aufbewahrt wird, als Nachteil angesehen. Zwar hat man diese Tanks heute aus modernen Materialien gebaut und auch jahrelang getestet, aber es besteht bei Verbrauchern nach wie vor eine Besorgnis in diesem Sinne.
Es ist anzunehmen, dass sich Brennstoffzellen in großem Maße durchsetzen werden, sobald es möglich ist, die Produktionskosten auch noch weiterhin zu senken.