Brennstoffzelle

Bei einer Brennstoffzelle handelt es sich um eine galvanische Zelle, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Dazu treffen im Inneren der Zelle ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel aufeinander und lösen eine Reaktion aus. Typische Brennstoffe sind zum Beispiel Wasserstoff, Biogas, Methan oder Methanol. Als Oxidationsmittel eignen sich meist Sauerstoff oder Luft. Im Zuge dieser Reaktion entstehen unter anderem Strom und Wärme.

Anders als bei der Verbrennung von Gas oder Benzin in Heizungen oder Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kommt es in einer Brennstoffzelle nur zu einer chemischen Reaktion. Diese wird daher auch als kalte Verbrennung bezeichnet.

Die Technologie der Brennstoffzellen wird derzeit vielerorts weiter erforscht und erprobt. Brennstoffzellen können beispielsweise Autos betreiben oder als Heizung zum Einsatz kommen. 

Eine Brennstoffzelle ist ähnlich aufgebaut wie eine Batterie: Sie besteht aus zwei Elektroden, einer positiv geladenen Anode und einer negativ geladenen Kathode. Zwischen Anode und Kathode befindet sich ein Elektrolyt, der die beiden voneinander trennt und für den Transport der Ionen zuständig ist. 

Unterschiedliche Brennstoffzellen funktionieren vom Prinzip her in gleicher Weise. Sie können sich jedoch im Hinblick auf die Elektrolyt-Membran im Inneren unterscheiden, die Kathode und Anode trennt:

Einer der größten Vorteile von Brennstoffzellen gegenüber anderen Brennstoffen und Antriebsarten ist ihr hoher Wirkungsgrad. Dieser liegt im Idealfall bei über 60 %. Wird auch das Nebenprodukt Wärme zum Heizen, zur Warmwasserbereitung oder Ähnlichem weiterverwendet, beträgt der Wirkungsgrad sogar bis zu 85 %. Zum Vergleich: Ein Benzinmotor hat einen ungefähren Wirkungsgrad von 20 %, während Kohlekraft bei ca. 40 bis 45 % und eine Windenergieanlage bei rund 50 % liegt. Brennstoffzellen sind daher äußerst effiziente Energieerzeuger.

Autos mit Wasserstoffantrieb bieten im Vergleich zu Verbrennern und mit Strom betriebenen E-Autos einige Vorteile: Sie können innerhalb kürzester Zeit mit Wasserstoff betankt werden und verfügen über eine vergleichsweise hohe Reichweite (im Schnitt bis zu 600 km). Dadurch sind Brennstoffzellen als klimafreundlicher Antrieb vor allem für Lkw und Schiffe interessant, für die ein reiner Elektroantrieb keine ausreichende Reichweite bietet.

Darüber hinaus bestechen Brennstoffzellen mit ihrer Emissionsfreiheit. Beim Betrieb von Wasserstoff-Brennstoffzellen entstehen neben Strom lediglich Wasser und Wärme – klimaschädliche Emissionen treten nicht auf. Hier muss jedoch genauer hingeschaut werden: Je nach Brennstoff – zum Beispiel Wasserstoff, Erdgas, Methan oder Biogas – können bei der Förderung beziehungsweise Gewinnung Emissionen entstehen.

So wird beispielsweise zwischen verschiedenen Farben des Wasserstoffs unterschieden: Nur grüner Wasserstoff wurde vollkommen klimaneutral gewonnen, bei grauem Wasserstoff entstehen im Zuge der Dampfreformierung fossiler Brennstoffe jedoch große Mengen CO2.

In der Zukunft kann die Brennstoffzelle eine Schlüsselrolle im Bereich Verkehr, Heizen und Stromversorgung einnehmen. Dazu muss die Technologie weiterentwickelt und gefördert werden. Derzeit sind die technischen Anforderungen sehr hoch und die Nutzung von Brennstoffzellen ist mit hohen Kosten verbunden. Zahlreiche Pilotprojekte zeigen bisher jedoch vielversprechende Ergebnisse, die die Brennstoffzelle als klimafreundliche Technologie in den Fokus rücken.