Brennstoffzelle
temperatur !elek. Wirkungsgrad !Stand |- |[[Alkaline Fuel Cell|AFC – Alkaline Fuel Cell]] |Kalilauge | |Wasserstoff |Sauerstoff |10 bis 100 kW |unter 80 °C |Zelle: 60–70 % System: 62 % |kommerziell/Entwicklung |- |[[Proton Exchange Membrane Fuel Cell|PEMFC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell]] |Polymermembran | |Wasserstoff |Luftsauerstoff |0,1 bis 500 kW |maximal 70–90 °C, |Zelle: 50–70 % System: 30–50 % |kommerziell/Entwicklung |- |DMFC – Direct Methanol Fuel Cell |Polymermembran | |Methanol |Luftsauerstoff |mW bis 100 kw |90–120 °C |Zelle: 20–30 % |kommerziell/Entwicklung |- |[[PAFC|PAFC – Phosphoric Acid Fuel Cell]] |Phosphorsäure | |Wasserstoff |Luftsauerstoff |bis 10 MW |200 °C |Zelle: 55 % System: 40 % |Entwicklung |- |[[MCFC|MCFC – Molten Carbonate Fuel Cell]] |Alkali-
karbonatschmelzen |CO32- |Wasserstoff, Methan, Kohlegas |Luftsauerstoff |100 MW |650 °C |Zelle: 55 % System: 47 % |Entwicklung/
Kommerzialisierungsphase |- |[[SOFC|SOFC – Solid Oxide Fuel Cell]] |Oxidkeramischer Elektrolyt | |Wasserstoff, Methan, Kohlegas |Luftsauerstoff |bis 100 MW |800–1000 °C |Zelle: 60–65 % System: 55–60 % |Entwicklung |- |} == Anwendungen == Die ersten Anwendungen der Brennstoffzellen ergaben sich in Bereichen, in denen die Kosten keine Rolle spielten, dagegen die spezifischen Vorteile gegenüber billigen Dieselgeneratoren überwogen. Brennstoffzellen sind leichter und effizienter als [[Akkumulator]]en und zuverlässiger und leiser als [[Generator]]en. So erklärt sich das frühzeitige Interesse des Militärs und der Raumfahrt an dieser Technologie. Die Motivation für zivile Anwendungen findet sich auch in der Einsicht, dass die [[Erdöl]]vorkommen der Erde begrenzt sind ([[Ölkrise]]) und eine Fortsetzung des lukrativen Autogeschäftes in der "Zeit nach dem Erdöl" wünschenswert ist. Förderlich für die erheblichen Anstrengungen in der Forschung war insbesondere der "[[Zero emission act]]" bzw. das [[Zero Emission Vehicle mandate]] (ZEV), ein Gesetz in den [[USA]], das vorschreibt, dass Autos zukünftig abgasfrei fahren sollen. Für das Jahr [[2003]] war vorgesehen, dass 10% aller neu zugelassenen Fahrzeuge in [[Kalifornien]] diesem Gesetz unterliegen sollten. Kurz zuvor wurde das ZEV jedoch aufgrund massiven Drucks der amerikanischen Automobilindustrie gekippt, ist jedoch unter dem gegenwärtigen Gouverneur Kaliforniens, [[Arnold Schwarzenegger]], weiterhin in Diskussion. === mobil === Mehrere Automobilfirmen (unter anderem [[Toyota]], [[DaimlerChrysler]], [[Ford (Automobil)|Ford]], [[Honda]], [[General Motors]]/[[Opel]]) forschen seit zum Teil 20 Jahren an [[Automobil]]en, deren Treibstoff Wasserstoff ist, und die Brennstoffzellen zur Energieumwandlung sowie einen Elektromotor zum Antrieb nutzen. Ein Beispiel sind die Fahrzeuge [[NECAR]] 1 bis NECAR 5 sowie F-Cell von DaimlerChrysler. Das schweizerische [[Hy-Light]]-Fahrzeug rückte [[2004]] ins Licht der Öffentlichkeit. Derzeit gehen einige MAN-Brennstoffzellenbusse in Berlin für die BVG in Betrieb [http://www.fuelcellbus.com]. Durch den verstärkten Einsatz von [[Emissionsfreies Fahrzeug|emissionsfreien Fahrzeugen]] in Ballungszentren und Großstädten wird eine Verbesserung der dortigen Luftqualität erwartet. Ein Nebeneffekt ist allerdings, dass die Emissionen vom Ort der Fahrzeugnutzung dorthin verlagert werden, wo der [[Wasserstoff]] hergestellt wird, soweit dies nicht aufgrund regenerativer Verfahren erfolgt. Die Herausforderungen der mobilen Wasserstoff-Brennstoffzellen liegen heute nicht mehr an den Brennstoffzellen und Antrieben, sondern hauptsächlich in der Problematik der Speicherung des hochflüchtigen Wasserstoffs. Drei Alternativen der direkten [[Wasserstoffspeicherung]] wurden bisher zur Serienreife entwickelt: Druckflasche, flüssiger Wasserstoff und [[Metallhydrid]]. Die bereits serienreif verfügbaren Lösungen für kleinere Fahrzeuge haben zum Ziel, die Größe und das Gewicht der Brennstoffzelle zu reduzieren und eine geeignete Lagerung des Wasserstoffes zu ermöglichen. DaimlerChrysler hat mit seinen Fahrzeugen der [[Mercedes-Benz A-Klasse]] inzwischen eine praxistaugliche Lösung auch für kleine Fahrzeuge entwickelt. Für [[Omnibus|Busse]] ist diese Technik bereits so weit entwickelt, dass beispielsweise in [[Hamburg]] und [[Stuttgart]] Wasserstoffbusse im normalen Linienbetrieb getestet werden. Andere Verkehrsunternehmen zeigen ebenfalls reges Interesse an dieser Technologie. Bei Großfahrzeugen, insbesondere [[U-Boot]]en, ist Deutschland inzwischen Weltmarktführer bei der Herstellung von Wasserstoffantrieben. Die [[HDW]] [[Kiel]] in Kooperation mit [[Nordseewerke]] [[Emden]] liefert seit [[2005]] die [[U-Boot-Klasse 212]] und die neuen U-Boote der israelischen [[U-Boot-Klasse Dolphin|Dolphin-Klasse]] mit einem Brennstoffzellenantrieb (AIP: ''air independent propulsion'') von ca. 300 KW aus. Mögliche Alternativen zur direkten Wasserstoffspeicherung sind Treibstoffe wie [[Ethanol]], [[Methanol]] oder andere [[Kohlenwasserstoffe]], von denen kurz vor Gebrauch der Wasserstoff durch katalytische Verfahren [[Katalyse|abkatalysiert]] gewonnen wird. Diese Verfahren erzeugen jedoch nennenswerte Mengen an [[Kohlendioxid|CO2]], was die ansonsten perfekte Umweltverträglichkeit der Brennstoffzelle einschränkt. Die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren krankt heute zudem am Katalysator, deren beste Varianten das teure Platin enthalten. Geplant ist auch die Anwendung von mobilen Brennstoffzellen als Ersatz von Batterien und Akkus in kleineren Geräten wie Laptops. Der Vorteil ist, dass das lästige Aufladen wegfällt und stattdessen nur Methanol nachgefüllt werden muss. Ein Anbieter der bereits kommerziell Produkte für diese Märkte vertreibt, ist die deutsche Smart Fuel Cell AG in Brunnthal bei München. Energieträger für die Geräte der SFC AG ist flüssiges Methanol in speziellen Tankpatronen. Einsatz finden die als Batterieladegeräte konzipierten Geräte in der Observation, Umweltmesstechnik und Telekommunikation, sowie in Reisemobilen und Segelbooten. Seit Mitte 2005 sind Brennstoffzellen auch in der Luftfahrt anzutreffen. Eine erste [[Drohne (Flugzeug)|Drohne]], deren Elektromotoren von einer Brennstoffzelle angetrieben werden, startete in Yuma, Arizona. Das [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]] arbeitet zur Zeit an der Integration der Brennstofzellentechnologie in das unbemannte Forschungsflugzeug [[Hyfish]]. === stationär === Während die ökologisch als besonders vorteilhaft beurteilten Wasserstoff-Brennstoffzellen noch technische Probleme aufweisen, sind die Erdgas-Brennstoffzellen derzeit dabei, die bisherigen Generatoren in der [[Kraft-Wärme-Kopplung]] zu verdrängen. Dabei handelt es sich um stationäre Anwendungen, etwa als [[Blockheizkraftwerk]] für ein größeres Einzugsgebiet, oder in kleinerer Ausführung zur örtlichen Versorgung eines [[Gebäude]]s. Ähnlich wie bei Heizkraftwerken mit Gasturbinen wird Erdgas als Energieträger zugeführt, der jedoch nicht direkt verbrannt wird. In einem Reformer wird bei hohen Temperaturen von den [[Kohlenwasserstoffe]]n der Wasserstoff abgelöst und der Brennstoffzelle zur Energieerzeugung zugeführt. Neben dem entstehenden elektrischen Strom wird die entstehende Abwärme für die Brauch- und Heizwassererwärmung verwendet. Ein allgemeines Ziel der dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung ist die Vermeidung der Umspann- und Leitungsverluste von bis zu rund 6 Prozent, die durch die Übertragung der Elektrizität im Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetz der Energieversorger entstehen. Ein Vorteil der dezentralen Energieversorgung mittels Brennstoffzellen liegt dabei in deren vergleichsweise geringen spezifischen Emissionen von Luftschadstoffen und Kohlendioxid. == Mikrobielle Brennstoffzellen == Über eine so genannte ''mikrobielle Brennstoffzelle'' (auch [[Bio-Brennstoffzelle]] genannt) sollen sich künftige Robotergenerationen selbst mit Treibstoff und Energie versorgen können. Mikroben in dieser Brennstoffzelle setzen die in organischem Material enthaltene Energie in Elektrizität um. Diese Technik könnte auch für Agrarwirtschaften von Entwicklungsländern vorteilhaft sein, wo mit diesem neuen Ansatz aus Biomasse direkt Strom erzeugt wird. Dies ist jedoch ferne Zukunft, da beim jetzigen Forschungsstand die Effizienz der Umwandlung zu gering ist. == Siehe auch == [[Wasserstoffherstellung]] == Literatur == * Peter Kurzweil: ''Brennstoffzellentechnik''. Vieweg, 2003, ISBN 3528039655 * Sven Geitmann: ''Wasserstoff & Brennstoffzellen – Die Technik von morgen''. 2. Auflage. Hydrogeit Verlag, Kremmen 2004, ISBN 3937863044 * Alf-Sibrand Rühle, Sven Geitmann: ''Wasserstoff & Wirtschaft – Investiere in eine saubere Zukunft''. Hydrogeit Verlag, Kremmen 2005, ISBN 3937863028 * Sven Geitmann: ''Wasserstoff- & Brennstoffzellen-Projekte''. Hydrogeit Verlag, Berlin 2002, ISBN 3831132801 * Krewitt, Pehnt, Fischedick, Temming: ''Brennstoffzellen in der Kraft-Wärme-Kopplung - Ökobilanzen, Szenarien, Marktpotenziale''. Erich Schmidt Verlag, Berlin 2004, ISBN 3503078703 * ''Fuel Cell Handbook, Sixth Edition''. EG&G Technical Services, Inc., Science Applications International Corp., Under Contract No. DE-AM26-99FT40575, U.S. Dept. of Energy, Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory, Morgantown, W. Virginia, November 2002 == Weblinks == *[http://www.bine.info/templ_main.php/energieerzeugung/brennstoffzellen/429/link=clicked&search=&broschuere=&cd=&buecher=&foto=/ Bewertung künftiger Stromerzeugungstechniken] - Portal zum Thema Energieeffizienz * [http://www.zbt-duisburg.de/de/ Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH] - Informationen rund um die Brennstoffzellentechnologie * [http://www.fz-juelich.de/iwv/iwv3/Brennstoffzellen/ Forschungszentrum Jülich GmbH] - Brennstoffzellenseiten * [http://www.hydrogeit.de Hydrogeit] - Informationen und Bücher über Brennstoffzellen * [http://www.innovation-brennstoffzelle.de Basisinformationen mit guten Zeichnungen] * [http://www.learn-line.nrw.de/angebote/agenda21/lexikon/Brennstoffzelle.htm Brennstoffzellen und Wasserstoff unter dem Aspekt einer nachhaltigen Energieversorgung] * [http://jr-chamaeleo.de/fuel-cell/home.html Umweltbilanz bei der Herstellung von PEM-Brennstoffzellen] * [http://www.ibz-info.de IBZ: Informationsportal zur Brennstoffzelle mit wöchentlich aktualisiertem Nachrichtenteil] * [http://www.wissenschaft.ag/Brennstoffzelle.php4 Newsletter zur Brennstoffzelle der Bremer AG Wissenschaft] * [http://ecl.web.psi.ch/fuelcell/index.html Informationen zu verwendeten Materialien und Entwicklung (englisch)] * [http://ecl.web.psi.ch/fc_systems/index.html Bilder von verschiedenen Stacksystemen (englisch)] * [http://www.wbzu.de Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle Ulm e.V. Informationen und Praxisanwendungen zur Brennstoffzelle] * [http://www.dmfc.com DMFC.com] - Informationen und News zur DMFC [[Kategorie:Energietechnik]] [[Kategorie:Elektrische Energie]] [[Kategorie:Umwelttechnik]] [[Kategorie:Maschinenelement]] [[ar:خلايا الطاقة]] [[cs:Palivový článek]] [[da:Brændselscelle]] [[en:Fuel cell]] [[eo:Fuelpilo]] [[es:Celda de combustible]] [[fr:Pile combustible]] [[he:תא דלק]] [[it:Pila a combustibile]] [[ja:燃料電 ]] [[nl:Brandstofcel]] [[no:Brenselcelle]] [[pl:Ogniwo paliwowe]] [[pt:Célula combustível]] [[ru:Топливный элемент]] [[sv:Bränslecell]] [[th:เซลล์เชื้อเพลิง]] [[vi:Tế b o nhiên liệu]] [[zh:燃料电 ]]
Diese Version des Artikels stammt vom 09.02.2006.
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