Was ist eine Brennstoffzelle? Bestimmt hast auch du dir diese Frage in der Vergangenheit schon einmal gestellt, denn immerhin ist die effiziente Technologie der Zukunft in aller Munde. Doch die Idee hinter der Technik reicht weit zurück in die Vergangenheit. Schon vor fast 200 Jahren kamen kluge Köpfe zu dem Entschluss, aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wärme zu erzeugen. Doch was ist der Sinn dahinter und wo kommt die Brennstoffzelle zum Einsatz? Das verraten wir dir im Folgenden.

Was ist eine Brennstoffzelle und wofür brauchen wir sie?

Doch was ist eine Brennstoffzelle nun eigentlich genau? Und wofür wird sie in der Praxis verwendet? Kurz gesagt: Eine Brennstoffzelle ist eine alternative Möglichkeit, einfach Wärme und elektrischen Strom zu erzeugen. Schon vor Jahren verwendete man die Technologie, mit der sich in nicht all zu ferner Zukunft von den bisherigen Mitteln der Energiegewinnung gelöst werden soll, vor allem in der Raumfahrt. Heutzutage findet sie sogar in Zügen und Automobilen ihren Einsatz.

Auf das Prinzip hinter der Brennstoffzelle stieß übrigens der britische Physiker und Jurist Sir William Grove, der herausfand, dass die Elektrolyse, die Wasser in Wasser- und Sauerstoff zerlegt, auch umgekehrt funktioniert. Schon 1839 entwarf er deshalb die „galvanische Gasbatterie“, auf der die heutige Brennstoffzelle im Grunde basiert. Jedoch war die Ertrag an Energie, der durch Spannung und Stromfluss gemessen wurde, derartig gering, dass sich die Erfindung nie gegen Elektrodynamos oder Verbrennungsmotoren durchsetzen konnte.

In einer Brennstoffzelle wird eine permanente Reaktion eines zugeführten Brennstoffes, zum Beispiel Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird, mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff herbeigeführt. Bei dieser Reaktion wird Wasser, Strom und Wärme freigesetzt. Diese elektrochemische Reaktion bezeichnet man auch als kalte Verbrennung, wobei sie besonders effizient sein soll.

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Ebenso wie ihr Aufbau ist auch die Funktionweise einer Brennstoffzelle mit der einer handelsüblichen Batterie zu vergleichen. Beide besitzen jeweils eine Anode (der Pluspol) sowie eine Kathode (der Minuspol). Ein Elektrolyt trennt diese beiden und kümmert sich um den Transport der Ionen zwischen dem Plus- und dem Minuspol. Durch die chemische Reaktion zwischen der Anode und der Kathode entsteht Energie, die durch die Verbindung von Wasser- und Sauerstoff freigesetzt wird.

Der Wasserstoff reagiert mit dem Sauerstoff und wird wieder zu normalem Wasser. Was bedeutet das für die Brennstoffzelle? Ganz einfach: Durch einen sogenannten Reformer wird Wasserstoff aus Erdgas oder Methanol gewonnen. In der Brennstoffzelle reagiert dieser dann mit dem Sauerstoff aus der Luft. Das Ergebnis: Wasser, Strom und Wärme durch die chemische Reaktion. Im Unterschied zur ganz gewöhnlichen Verbrennung eines Motors oder einer Turbine wird hierbei durch kalte Verbrennung Ernergie erzeugt.

Die Vor- und Nachteile einer Brennstoffzelle

Wenn du dich fragst, was eine Brennstoffzelle ist, bist du bestimmt auch daran interessiert, worin ihre Vor- sowie Nachteile eigentlich genau liegen. Vorteile finden sich vor allem in der Effizienz, mit der eine Brennstoffzelle arbeitet. Eine Brennstoffzelle

  • weist einen hohen Wirkungsgrad auf.
  • erzeugt elektrische Energie sowie Wärmeenergie
  • arbeitet nahezu emissionsfrei.
  • benötigt kaum Wartungen und bleibt lange Zeit verschleißfrei.

Doch es gibt auch Nachteile bei der Nutzung einer Brennstoffzelle. Diese liegen vor allem in

  • den technischen Anforderungen, die sehr hoch sind.
  • den hohen Kosten.
  • der Gesamtemission, die abhängig von der Wasserstofferzeugung ist.
  • und der geringen Erfahrung, die die Energiebranche mit Brennstoffzellen hat.

Brennstoffzellen in der Automobilindustrie: Das Ende der Emission?

Schon um 1950 wurden Brennstoffzellen in U-Booten eingesetzt, ehe sie rund zehn Jahre später in der Raumfahrttechnik wiederzufinden waren. In beiden Bereichen wurde nicht großartig gespart, weswegen die hohen Kosten keine Rolle spielten. Doch aufgrund dessen blieb ihr Durchbruch als massentaugliche Energiealternative vorerst aus. Erst in den 90er-Jahren wurden sie als Hoffnungsträger für die breite Masse gesehen, als sie anstelle von Kraftwerken und Hochspannungsleitungen eingesetzt werden sollten. Auch Autos standen auf der Agenda der Brennstoffzellen, sollten sie doch zukünftig völlig ohne Schadstoffe durch die Gegend fahren können. Und sogar Hausbesitzer sollten von der neuen Art der Energiegewinnung profitieren, indem sie ihren Strom selbst produzieren können.

Mehr als 30 Jahre später bekommt die Brennstoffzelle endlich ihren verdienten Hype. Mittlerweile sind mehrere namhafte Automobilmanufakturen wie Honda, Hyundai oder auch Mercedes-Benz, Toyota und Renault auf die Brennstoffzelle umgestiegen. Sogenannte Wasserstoffautos werden heutzutage in Serie produziert und reihen sich neben den Elektroautos als umweltschonende Möglichkeiten zur Mobilität ein. Ihr großer Vorteil gegenüber den E-Flitzern: Ihre Reichweiteist nicht von der Batterie, sondern der Größe des Tanks abhängig. Schon jetzt kommen bestimmte Modelle auf eine Reichweite von über 750 Kilometern, wohingegen bei Elektroautos meist ab 500 Kilometern Schluss ist.

Auch das Füllen des Tanks ist vergleichsweise einfach und erinnert an gewöhnliche Verbrennungsmotoren. Sogar in Bussen, Flugzeugen und Zügen sowie Schiffen wird die Brennstoffzelle mittlerweile verwendet. Ihren größten Nachteil wollen wir dir jedoch nicht verschweigen: Die extremen Kosten. Elektroautos sind nämlich in der Praxis oft wesentlich günstiger, nicht nur, was die Anschaffung, sondern auch, was die Treibstoffkosten betreffen. Es gibt noch zu wenig Tankstellen für Wasserstoff und auch die Energieeffizienzbilanz von Brennstoffzellen fällt schlechter aus als bei den batteriebetriebenen Fahrzeugen von Tesla und Co.

Fazit: Brennstoffzellen sind die Energieträger der Zukunft

Nichtsdestotrotz lässt sich ganz klar sagen: Brennstoffzellen gehören ganz klar zur Avantgarde der umweltschonenden Energieträger. Sie verfolgen das gleiche Ziel wie alle Alternativen zum guten alten Verbrennungsmotor, nämlich einen Umstieg der Nutzung von fossilen Rohstoffen hin zu den erneuerbaren Energien zu schaffen.

Quelle: Co2Online, Lernhelfer

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