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1. Brennstoffzelle

Die sieben wichtigsten Technologien der Zukunft: 1. Die Brennstoffzelle
aus manager magazin 9/2001

Ziel: Elektrizität umweltfreundlich produzieren durch chemische Reaktion; Ersatz für Batterien, Generatoren, Notstromaggregate.

Prinzip: Kaum eine technische Bezeichnung ist so irreführend wie die "Brennstoffzelle": Das umweltfreundliche, hoch effektive E-Werk hat im Grunde nichts mit herkömmlichen Brennstoffen wie Heizöl, Kohle oder anderen fossilen Energieträgern zu tun, sondern schlicht mit Wasser - womit sich Brände löschen lassen. Der "Verbrennungs"-Prozess jeder Brennstoffzelle ist chemisch identisch mit der "Knallgasreaktion" - Pennäler müssen bei ihrer Vorführung immer die vorderen Reihen des Chemiesaals räumen -, also der hochexplosiven Verbindung ("Oxidation") von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser.

Spezielle Membranen verlangsamen in der Brennstoffzelle die Abläufe und verhindern die Explosion. Das bewirkt, dass die elektrischen Prozesse nutzbar gemacht werden; dass Strom fließt zwischen den Elektroden der Zelle, der seinerseits als Spannungsquelle dienen kann für externe Abnehmer. Also etwa für den Unterwasserantrieb eines U-Boots, für den Elektromotor eines Autos, für Laptops oder noch kleinere elektronische Geräte. Oder, wie in Bad Neustadt/Saale, für die Elektroskalpelle, die Operationslampen oder die Klimaanlage eines Krankenhauses.

Die ersten Brennstoffzellen wurden tatsächlich mit gasförmigem Wasserstoff und Sauerstoff betrieben - in den Raumschiffen der Nasa in den 60er Jahren.

Im Alltag, beispielsweise im Straßenverkehr oder im Büro, ist die Lagerung des hochexplosiven Wasserstoffs zu gefährlich. Zeitgemäße Brennstoffzellen arbeiten daher mit Erdgas oder mit Methanol. In einer vorgeschalteten "Aufbereitungsstufe" spalten sie aus diesen Stoffen Wasserstoff ab, der dann in der Zelle mit Sauerstoff aus der Luft reagiert.

Stationäre Brennstoffzellen können auf hohen Temperaturen arbeiten (daher auch der Name). Die Abwärme liefert dann Hochdruckdampf, der seinerseits Turbinen für zusätzliche Stromerzeugung antreiben kann. Nach dieser Nutzung ist noch genug thermische Energie vorhanden, um etwa heißes Wasser für die Heizungsanlage zu bereiten.

Mobile Brennstoffzellen, wie sie etwa in Autos eingesetzt werden, müssen viel robuster sein: Schlaglöcher und Temperaturschwankungen zwischen Sommer und Winter überstehen, "Gas geben" und auf niedrigen Leistungsstufen laufen. Sie arbeiten mit niedrigeren Temperaturen, haben daher keine nachgeschalteten Turbinenstufen.

Auch die Brennstoffzellen in Laptops und Handys werden nur Strom liefern. Dennoch gilt auch für sie: Sie sind umweltfreundlich, weil sie keine giftigen Abgase ausstoßen; einfach, weil sie keine beweglichen Teile haben; und sie sind leise.

Nachteile: der Preis. Vor allem die Membran und die Elektroden können derzeit noch nicht in Großserie hergestellt werden. Dadurch kosten Brennstoffzellen das Vielfache von herkömmlichen Energielieferanten.

Die Haltbarkeit: Moderne Brennstoffzellen wie das Hot Module der DaimlerChrysler-Tochter MTU halten derzeit gerade mal drei Jahre. Dann sind ausgerechnet die teuersten Bauteile verschlissen.

Zeitbedarf: Praxiseinführung vereinzelt schon jetzt; in größeren Stückzahlen, etwa in Autos, ab 2004.

Unternehmen: DaimlerChrysler mit Tochterfirmen wie MTU und Ballard, Siemens in Kooperation mit RWE und Westinghouse und andere.

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