Die Einführung und Durchsetzung von Brennstoffzellen auf dem Markt geschieht langsamer als erhofft. Die Autoren rekapitulieren Aufbau und Funktion sowie Vorteile und Entwicklungshemmnisse. Brennstoffzellen liefern Strom in Form von Elektronen, die bei einer schonenden Oxidation von Wasserstoff abgegeben werden. Sie gleichen demnach einer Batterie mit beständiger Gaszufuhr. Benannt werden sie vorwiegend nach ihren Elektrolyten. Alkalische Brennstoffzellen (AFC) sind die ältesten, bereits in den 70er Jahren entwickelten Systeme (für Hybridfahrzeuge und Raumfahrt). Bei niedriger Betriebstemperatur, hohem Wirkungsgrad und billigem Katalysatormaterial haben sie den Nachteil großer Empfindlichkeit gegenüber geringsten Beimengungen von anderen Gasen als Wasserstoff. Die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) zeichnet sich durch niedrige Betriebstemperatur (unter 100 Grad C) aus und wird für Kleinanlagen in Fahrzeugen und Hausenergie eingesetzt. Kompliziert ist hier die Befeuchtung der Membran bei gleichzeitig notwendiger Wasserabführung. Vorgestellt werden der Bus Mercedes-Benz Citaro und der Pkw Necar (Daimler Chrysler). PEMFC-Prototypen existieren auch bei Lkws, Landmaschinen, Schiffen, Flugzeugen, Militärtechnik und anderem. Die Phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC) eignet sich wegen ihrer zu Wasserdampf passenden Betriebstemperatur (160 bis 220 Grad C) für Kleinkraftwerke mit Kraft-Wärmekopplung, denn sie arbeitet mit Wasserstoff, den sie selbst durch Reformierung von Erdgas oder Biogas gewonnen hat. Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) wird wegen des unkomplizierten Brennstoffverbrauchs (Wasser-Alkohol-Gemische) für die dezentrale Stromversorgung von Kleingeräten (beispielsweise Laptop) empfohlen, doch ist ihr Wasserhaushalt schwer zu beherrschen (siehe PEMFC). Die Carbonatschmelzen-Brennstoffzelle (MCFC, Betriebstemperatur über 600 Grad C) hat sich vor allem im Hotmodul (Firma MTU) bei der kombinierten Versorgung mit Strom und Wärme bewährt (dezentrale Kraftwerke für Krankenhäuser, Hotels und Abwasserreinigungsanlagen, direkte Verstromung von Erdgas). Die Oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC, über 800 Grad C, ebenfalls direkte Verstromung von Erdgas) ist mit ihrem vollkeramischen Schichtaufbau für die Massenproduktion geeignet und unterscheidet sich von den anderen durch die mögliche große Vielfalt der äußeren Zellenform (Beispiel Siemens-Westinghouse). Herstellungskosten von Brennstoffzellen (Stand 2000) werden erläutert. Ein wesentlicher Faktor bei PEMFC und PAFC ist der Platinpreis. Der benötigte Wasserstoff soll teils durch Reformierung von Erdgas und Kohlenwasserstoffen, teils durch Wasser-Elektrolyse (mit Strom aus Wasserkraft) gewonnen werden. Für kleine mobile Geräte, auch Fahrzeuge (Daimler Chrysler), kommt Natriumborhydrid (NaBH4) als Wasserstoffquelle in Frage. Das entstehende NaBO2 lässt sich recyclen.


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    Titel :

    Brennstoffzellen. Entwicklungsstand und Anwendungen


    Beteiligte:
    Reiche, Annette (Autor:in) / Haufe, Stefan (Autor:in)

    Erschienen in:

    Chemie in unserer Zeit ; 38 , 6 ; 400-411


    Erscheinungsdatum :

    2004


    Format / Umfang :

    12 Seiten, 9 Bilder, 2 Tabellen, 8 Quellen




    Medientyp :

    Aufsatz (Zeitschrift)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch