Brennstoffzelle

In einer Brennstoffzelle reagiert ein Brennstoff mit einem Oxidationsmittel. Dabei entstehen elektrische Energie, Wärme und Wasser als Reaktionsprodukte. Brennstoffzellen werden heute vor allem mit Wasserstoff als Brennstoff betrieben. Nicht selten spricht man deshalb auch von einer Wasserstoffzelle. Anwendungsgebiete finden sich beispielsweise bei Brennstoffzellenheizungen, in Schiff- und Raumfahrt sowie im Schienenverkehr. Darüber hinaus sind sie seit einigen Jahren als Antrieb für Fahrzeuge im Gespräch – hier sollen die Brennstoffzellen helfen, einen klimafreundlichen Straßenverkehr zu etablieren.

Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, deren Hauptaufgabe es ist, thermische und elektrische Energie zu erzeugen. Dafür wird keinerlei zusätzliche Energie von außen benötigt, weshalb man auch von einer sogenannten „kalten Verbrennung“ spricht. In der Brennstoffzelle wird Wasserstoff über den Tank zur Anode geführt, während Sauerstoff aus der Umgebungsluft an die Kathode gelangt. Bei der Reaktion beider Stoffe miteinander kommt es zur Freisetzung thermischer und elektrischer Energie, ohne das Stickoxide erzeugt werden. Durch die permanente Zuführung von Wasserstoff und Sauerstoff ist zudem eine kontinuierliche Energieerzeugung möglich. Wichtig: Eine Brennstoffzelle ist ein Energiewandler und kein Energiespeicher – hierin besteht der entscheidende Unterschied zu einer Batterie.

Brennstoffzellen bieten die Möglichkeit einer autarken Energieerzeugung bei besonders geringem Gewicht. Das ist in vielen Bereich ein Vorteil, weshalb die Technologie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt genutzt wird. Viele Unternehmen wollten die Brennstoffzelle deshalb auch als mobile Energieversorgung für elektronische Geräte einführen. Im Raum standen beispielsweise Lösungen für portable Aufladegeräte für Smartphones, die über eine Brennstoffzelle unterwegs geladen werden sollten. Zu tatsächlichen Markteinführungen ist es bislang allerdings nicht gekommen. Experten gehen zudem davon aus, dass sich die Nachfrage nach Brennstoffzellen für die Versorgung von elektronischen Kleingeräten vermutlich nicht durchsetzen wird. Stattdessen eingesetzte Batterien erweisen sich bereits als klein, kompakt und leistungsstark genug.

Brennstoffzellen stehen als Alternative zu klassischen Verbrennungsmotoren im Raum. In Deutschland werden derzeit zwar die batterieelektrischen Fahrzeuge (BEV) favorisiert, in Japan wiederum spielt die Brennstoffzelle beim Thema E-Mobilität eine größere Rolle. Hier gelten Fahrzeuge mit Brennstoffzelle als wichtige Alternative auf dem Weg hin zur Energiewende und sind als Brennstoffzellen-Fahrzeuge bzw. Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) auf den Straßen unterwegs. Im Vergleich zu klassischen Elektroautos mit Batterie überzeugen die Fahrzeuge mit einer Brennstoffzelle durch kürzere Ladezeiten und größere Reichweiten. Nachteile sind jedoch, dass vor allem grüner Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzellen bislang noch nicht (ausreichend) verfügbar ist und dass die kostengünstige serienmäßige Produktion von Autos mit Brennstoffzelle noch auf sich warten lässt.

Wenn es um die Vorteile von Brennstoffzellen geht, muss zunächst geprüft werden, womit die Brennstoffzelle verglichen wird. Als Antrieb in einem Kraftfahrzeug bietet die Brennstoffzelle gegenüber Dieselmotoren eine Reihe von Vorteilen – allein der reduzierte CO2-Ausstoß ist bemerkenswert. Beim Vergleich einer Brennstoffzelle mit einer herkömmlichen Batterie sind die Unterschiede dagegen nicht mehr ganz so groß: Brennstoffzellen bieten den Vorteil eines geringeren Gewichts, sind dafür aber mit deutlich höheren Investitionskosten verbunden.

Mit Blick auf die Autoindustrie kann es eine Chance sein, Batterie- und Brennstoffzellentechnik nicht separat als konkurrierende Angebote zu betrachten, sondern die Vorteile möglicher Hybridformen zu erkennen. Insbesondere für große, schwere Fahrzeuge sind Brennstoffzellen nach Meinung einiger Experten jedoch von vornherein die bessere Wahl – die zusätzliche Belastung durch schwere Batterien kann mit ihrer Hilfe umgangen werden.