Energiekalender 2014 Umsetzung der Energiewende: Brennstoffzelle

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Themen des Energiekalender 2014 der Metropolregion Hamburg: Solarenergie, Gebäudeeffizienz, Energieeinsparung, Forschung, Bioenergie, Elektromobilität, Windenergie, Brennstoffzelle, Energiespeicher, Netzausbau, CO2-Senke, Nachhaltige Mobilität

Geschichte

Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde bereits 1838 von dem Chemiker und Physiker Christian Friedrich Schönbein und dem Jurist und Physiker Sir William Grove entdeckt. Grove produzierte 1839 die erste „Galvanische Gasbatterie“, die als Vorläufer der heutigen Brennstoffzellen angesehen werden kann.

Durch die Erfindung des Generators und die Verbreitung der Dampfmaschine, später dann auch der Otto- und Dieselmotoren, geriet die Brennstoffzelle weitgehend in Vergessenheit. Erst mit der Ölkrise in den 1970er Jahren wurde das Interesse von Forschern und Industrie an dieser effizienten Stromerzeugungstechnologie wieder geweckt.

Die erste kommerzielle Nutzung von Brennstoffzellen begann bereits im Jahr 1962. Auf der Suche nach einem Ersatz für die schweren Bleiakkus besann sich die NASA auf die Brennstoffzellentechnologie für die Gemini Missionen. Weitere Spezialanwendungen wie z.B. im militärischen Bereich folgten. Seit Mitte der 1980er Jahre erfolgte dann die Entwicklung von Brennstoffzellen für unterschiedliche Alltags-Anwendungen: Als stationärer Stromerzeuger, für den Fahrzeugantrieb oder zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung im Haushalt.

Funktionsweise

Das Prinzip der Brennstoffzelle ist die Umkehrung der Elektrolyse, bei der mit einer elektrischen Spannung Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Die Energie, die bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff frei wird, kann von der Brennstoffzelle, direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden: Ohne Flamme, und dadurch mit höherer Effizienz als bei herkömmlichen Stromerzeugern. Vergleichbar mit einer Batterie, besteht die Brennstoffzelle aus zwei Elektroden (Anode, Kathode) und einem Elektrolyt. Sauerstoff (oder Luft) wird auf die Kathode geleitet und Wasserstoff (H2) auf die Anode. Die an den Elektroden stattfindende elektrochemische Reaktion erzeugt einen elektrischen Strom, der über Stromableiterbleche einem externen Verbraucher zugeführt werden kann.

 

Stand der Technik und Ausblick in die Zukunft

Die technologische Reife von Brennstoffzellentechnologie ermöglicht eine baldige Etablierung auf dem Massenmarkt in unterschiedlichen Anwendungsfeldern. So werden Brennstoffzellen-Heizgeräte zur Hausenergieversorgung bereits seit 2009 in einem groß angelegten Praxistest unter realen Bedingungen getestet. Auch im Mobilitätssektor sind seriennahe Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb verfügbar. Seit 2011 ist die dritte Generation von Brennstoffzellen-Stadtbussen in der praktischen Erprobung. Für die Individualmobilität fehlt zurzeit jedoch noch die flächendeckende Versorgung der Fahrzeuge mit Wasserstoff. Hier bedarf es eines weiteren Ausbaus der Infrastruktur.

Im Zuge der Energiewende bieten sich weitere Einsatzmöglichkeiten: Durch den kontinuierlichen Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung aus Wind- und Photovoltaikanlagen ist die Zwischenspeicherung von Überschuss-strom z.B. durch Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse erforderlich, um die Netze zu entlasten und Stromerzeugung und -verbrauch zeitlich und räumlich abzugleichen. Brennstoffzellen können die Rückverstromung des Elektrolysewasserstoffes mit Wirkungsgraden von über 60 % bewerkstelligen und können damit ein wesentlicher Bestandteil des zukünftigen Energiesystems werden.

Kontakt

Nina Dohrmann

Internet, Öffentlichkeitsarbeit, Unternehmensbeirat, Metropolitaner

Geschäftsstelle der Metropolregion Hamburg
Alter Steinweg 4
20459 Hamburg
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