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Energiezukunft Brennstoffzelle? Was sind Brennstoffzellen? Brennstoffzellen (Endung FC = Fuel Cell) haben bessere Wirkungsgrade als Gasmotore und -turbinen. (vergrößern) Brennstoffzellen können aus einem Brennstoff (meist Wasserstoff) und Sauerstoff (oft reicht der Sauerstoff der Luft) direkt Strom produzieren. Verglichen mit anderen Methoden (Ottomotor, Wärmekraftwerk) haben Brennstoffzellen eine Reihe von Vorteilen, die sie zum Hoffnungsträger für zukünftige Energiekonzepte machen. Brennstoffzellen sind: effizient: Brennstoffzellen erzielen hohe Strom-Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent, auch im Teillastbetrieb (als BHKW bis 90 Prozent). sauber: Brennstoffzellen produzieren wenig Schadstoffe leise: Brennstoffzellen arbeiten im Prinzip geräuschlos und vibrationsfrei variabel: Brennstoffzellen lassen sich für viele Leistungsklassen herstellen, von einigen Milliwatt bis zu mehreren Megawatt, und eignen sich gut für die Kraft- Wärme-Kopplung. Wie funktioniert die Brennstoffzelle? Durch die Membran in der Mitte werden die Wasserstoffionen geschleust, die Elektronen nehmen den äußeren Umweg über den Stromverbraucher. Ein Brennstoffzellenstapel besteht aus vielen einzelnen Brennstoffzellen. Bei der PEM-Brennstoffzelle hat jede Zelle hat zwei gitterartige Elektroden, getrennt durch eine Membran. Von einer Seite kommt Wasserstoff (im Bild links), von der anderen Sauerstoff. Daraus macht die Brennstoffzelle Strom. Dazu muss der Wasserstoff auf der Wasserstoffseite zerlegt werden. Jedes Wasserstoff- Gasmolekül wird gespalten: in zwei Elektronen und zwei Protonen. Die Protonen werden durch die Membran auf die Sauerstoffseite geschleust. Die Elektronen fließen durch den Stromkreis dorthin. Auf der Sauerstoffseite herrscht nämlich Elektronenmangel. Hier entsteht aus Protonen, Elektronen und Sauerstoff ganz normales Wasser. Hauptprodukt der Brennstoffzelle ist Strom, es entsteht aber auch Abwärme. Sie kann in Blockheizkraftwerken (BHKW) mit Brennstoffzellen jedoch genutzt werden. Welche Brennstoffe sind nutzbar? Die eine Brennstoffzelle gibt es gar nicht, vielmehr konkurrieren fünf bis sechs unterschiedliche Typen miteinander. Sie alle sind eine moderne Interpretation der Idee des englischen Physikers Sir William Grove, der schon 1839 die "kalte Verbrennung" beschrieb. Einen Überblick über die verschiedenen Brennstoffzellentypen gibt die Tabelle. Welcher Typ das Rennen machen wird, ist derzeit offen - zumal jedes Prinzip seine spezifischen Vor- und Nachteile hat. Viele Fragen sind bei Brennstoffzellen noch nicht geklärt: Sie sind nicht nur noch viel zu teuer, sondern sie halten oft auch nicht lange genug. Und es gibt natürlich noch ein viel grundsätzlicheres Problem: Woher kommt der Brennstoff für die Brennstoffzelle? Solange dies fossile Energieträger sind - wie Erdgas - ist nämlich unter Umständen nicht viel gewonnen. Die Brennstoffzelle wird deshalb so umjubelt, weil sie sehr gut mit Wasserstoff läuft, den man auch aus erneuerbaren Energien herstellen könnte. Woher kommt der Wasserstoff? Oft wird in Szenarien zur Zukunft der Brennstoffzellen die Wasserstoffwirtschaft beschworen, mit riesigen Solarfarmen in der Wüste. Der dort durch Elektrolyse gewonnene Wasserstoff soll dann mit Großtankern oder durch Pipelines nach Mitteleuropa transportiert werden. Ganz abgesehen davon, dass Umwandlung und Transport mit erheblichen Verlusten verbunden wären, ist dieses Szenario auch aus anderen Gründen eher Zukunftsmusik. Tatsächlich werden Brennstoffzellen nämlich zunächst mit zwei anderen Brennstoffen betrieben: Einem Alkohol namens Methanol oder einem Gas namens Methan, das wir auch als Erdgas kennen. Je nach Brennstoffzellentyp können diese Brennstoffe direkt umgesetzt werden oder es muss ein sogenannter Reformer zwischengeschaltet werden. Reformer können aus Methan oder Methanol den Wasserstoff abspalten, der dann der eigentlichen Brennstoffzelle zur Verfügung steht. Bringt die Brennstoffzelle die Energiezukunft? Sicherlich birgt die Brennstoffzellentechnik große Chancen, ihr lautloses Tun ist besonders faszinierend. So wichtig es ist, diese Technik zügig weiterzuentwickeln, so falsch wäre es, allein darauf zu vertrauen und abzuwarten. Denn viele Dinge macht die Brennstoffzelle nur etwas besser als längst etablierte Techniken, wie zum Beispiel kleine motorische BHKW oder GuD-Kraftwerke zur Stromerzeugung. Auch hier steckt noch Entwicklungspotenzial. Ob die Brennstoffzelle diesen Wettlauf gewinnt, ist derzeit noch offen. Wann kommt das Brennstoffzellenauto? Eine andere Idee ist das Brennstoffzellen-Auto. Es ist im Prinzip ein Elektroauto, bei dem der Strom nicht aus einer mitgeführten Batterie kommt, sondern an Bord produziert wird. Der große Vorteil der Brennstoffzelle ist, dass sie auch bei Teillast einen vernünftigen Wirkungsgrad hat. Doch so schön wie sich das in der Theorie anhört, so schwierig und fraglich ist die praktische Umsetzung. Denn das Brennstoffzellenauto ist eben kein Null-Liter-Auto - auch die Brennstoffzelle braucht Brennstoff. Weil man Wasserstoff schlecht tanken kann, wird an einen bestimmten Alkohol, das Methanol, gedacht. Wenn man sich die ganze Energiekette ansieht - die Produktion des Methanol, die Umwandlung in Wasserstoff, die Brennstoffzelle, der Elektromotor - dann schneidet das Brennstoffzellenauto beim Gesamtenergieverbrauch aber nicht viel besser ab als ein guter Benzinmotor. Dies ergab ein detaillierter Vergleich verschiedener Konzepte durch Wissenschaftler des DLR (s. Literatur). Trotzdem will Daimler-Chrysler bis 2004 ein serienmäßiges Brennstoffzellenauto vorstellen. Der im November 2000 gezeigte Necar 5 dürfte diesem teuren Schaustück schon sehr nahe kommen. VW hingegen dämpfte erst kürzlich die Erwartungen und erwartet einen Großserieneinsatz in frühestens zehn bis 15 Jahren. Martin Dreifert

	2001 Westdeutscher Rundfunk	Sendedatum: 30.1.2001