Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, die Energie aus der Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser gewinnt (kontrollierte Knallgasreaktion), und dabei Elektrizität erzeugt.
Funktionsprinzip
Zunächst sind Wasserstoff und Sauerstoff durch eine Membran getrennt. Der Wasserstoff diffundiert durch die Membran und verbindet sich mit dem Sauerstoff auf der anderen Seite, wobei er ein Elektron an die Membran abgibt, welches direkt als Strom genutzt werden kann. Das einzige "Abfallprodukt" dieser Reaktion ist Wasser.
Die beiden Elektronen werden bei dieser Reaktion vom Wasserstoff aber wieder aufgenommen, nach dem sie den Stromkreis durchlaufen haben.
Die Reaktionsgleichung : 2H2 + O2 => 2 H2O + 2e-
Diese Reaktionsgleichung ist nicht richtig, da die linke Seite neutral und die rechte 2-fach negativ geladen wäre, was nicht möglich ist.
Die so erzeugte Energie ist vergleichsweise gering. Daher besteht eine Brennstoffzelle für gewöhnlich aus vielen dicht gepackten Schichten dieser Membranen, wobei sich die Bereiche mit Wasserstoff und Sauerstoff abwechseln.
Geschichte
Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde bereits 1839 von William Grove beschrieben, auf Grund unzureichender Materialien jedoch nicht umgesetzt. Erst in den 1950er Jahren wurden Brennstoffzellen als Nischenlösungen genutzt, vor allem in Raumfahrzeugen und U-Booten.
Neue Anwendungen
Mehrere Automobilfirmen (u.a. Daimler-Chrysler, Ford, Honda) arbeiten an Autos, deren Treibstoff Wasserstoff ist, und die Brennstoffzellen zur Energieumwandlung sowie einem Elektromotor zum Antrieb nutzen. Die Motivation dazu findet sich wahrscheinlich in der Einsicht, dass die Erdölvorkommen der Erde begrenzt sind, und eine Fortsetzung des lukrativen Autogeschäfts in der "Zeit-nach-dem-Erdöl" wünschenswert ist. Ein Nebeneffekt ist, dass die Emissionen vom Auto (→Zero Emission Vehicle) zu den Stellen verlagert werden, wo der Wasserstoff hergestellt wird. In Folge erwartet man eine Verbesserung der Luftqualität in Großstädten.
Die bislang nur ansatzweise gelösten Problem sind nicht nur, die Größe und das Gewicht der Brennstoffzelle zu reduzieren, sondern auch, geeigneten Treibstoff bzw. eine geeignete Lagerung desselben zu finden. Wasserstoff selbst ist zwar ein geeigenter Treibstoff; er läßt sich allerdings nur schwer in einer Menge, die ein Auto etwa 500 km weit bringt, kompakt im Auto lagern. Alle drei Alternativen (Druckflasche, flüssiger Wasserstoff, Metallhydrid) sind bislang nicht ausgereift.
Eine möglicher alternativer Treibstoff ist Methanol, von dem kurz vor Gebrauch der Wasserstoff abkatalysiert wird. Dieses Verfahren erzeugt jedoch nennenswerte Mengen an CO2, was die ansonsten perfekte Umweltverträglichkeit der Brennstoffzelle einschränkt.
Für stationäre Anwendungen eignen sich Hochtemperaturbrennstoffzellen.