Brennstoffzelle

Bei einer Brennstoffzelle handelt es sich um eine galvanische Zelle, d. h. eine Zelle zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Eine solche Zelle wandelt mithilfe eines zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Brennstoffzellen können sowohl stationär, als auch mobil genutzt werden. Einige Unternehmen haben beispielsweise tragbare Brennstoffzellen entwickelt, mit denen es möglich ist, ein Mobilfunkgerät aufzuladen, ohne eine Steckdose zu benötigen.

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle ähnelt dem einer Batterie – allerdings mit dem Unterschied, dass eine Brennstoffzelle nicht irgendwann aufgebraucht ist, da ihr die Ausgangssubstanzen kontinuierlich zugeführt werden. Somit dient die Brennstoffzelle nicht als Energiespeicher, sondern als Energiewandler. Da bei dieser Form von Energiegewinnung neben Wasser nur ein geringer Teil CO2 entsteht, spricht man von einer sogenannten Null-Emission.

In der Brennstoffzelle sind zwei Elektroden enthalten, die durch ein Elektrolyt (z.B. eine gelöste Lauge oder Säure) voneinander getrennt sind. Eine chemische Reaktion wird erzeugt, wenn über die Elektroden Sauerstoff und ein Brennstoff wie Wasserstoff zugeführt wird. Der Wasserstoff wird dann durch das Elektrolyt in seine Bestandteile aufgetrennt: zum einen in zwei Elektronen und zum anderen in zwei Protonen. Die Protonen gelangen direkt auf die Sauerstoffseite. Die Elektronen hingegen müssen den Umweg über den Stromkreis nehmen, um zur Sauerstoffseite zu gelangen. Durch diesen Vorgang einsteht im Stromkreis eine Spannung, die von Brennstoff, Qualität der Zelle und Temperatur abhängig ist. Um sie zu erhöhen, werden mehrere Brennstoffzellen hintereinander geschaltet. Diese Mehrfachschaltung nennt man ''Stack''.

Die Geschichte der Brennstoffzelle

Die zugrundeliegende Idee für die Brennstoffzelle hatte schon 1839 der britische Physiker William Grove. Aufgrund von mangelnder Effektivität bei hohem Kostenfaktor konnte sie sich zu dieser Zeit jedoch nicht durchsetzen. In den 1950-er Jahren wurde sie nur in der Luft- und Raumfahrttechnik verwendet. In den 1980-er Jahren begannen jedoch Ingenieure nach neuen Energiequellen zu suchen, um vor allem Unabhängigkeit von Kohle und Öl zu erreichen. Dabei kamen sie auf die Brennstoffzelle, die z.B. mit dem umweltfreundlichen Energieträger Wasserstoff arbeitet – wobei der benötigte Wasserstoff jedoch aus Erdöl und Erdgas gewonnen werden musste.

Zukünftig könnte die Brennstoffzelle einen Ersatz für Kernkraft darstellen. Völlig emissionsfrei wird sie jedoch nur sein, wenn Wasserstoff aus alternativen Energiequellen wie Wind- und Wasserkraft gewonnen wird. Der Strom aus Brennstoffzellen würde dann nicht zentral produziert, sondern in Fabriken, Wohnvierteln oder sogar einzelnen Häusern erzeugt werden. Bis ein solcher Einsatz von Brennstoffzellen wirtschaftlich ist, muss jedoch noch einiges an Forschung betrieben werden.