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http://www.glossar.de/glossar/z_brennstoffzelle.htm Bereits 1839 entdeckte der Physiker Sir William Grove das Prinzip, nach dem sich aus Wasserstoff elektrische Energie gewinnen lässt. Doch das ganze Potential dieser Reaktion wird erst seit Ende des 20. Jahrhunderts erkannt und genutzt. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle kann theoretisch bei über 60 Prozent liegen. Zum Vergleich: Verbrennungsmotoren bringen es gerade mal auf über 20 Prozent. Eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung zur direkten Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie - analog zur Batterie. Anders als bei galvanischen Zellen oder Batterien entlädt sich eine Brennstoffzelle aber nicht, und sie kann auch nicht aufgeladen werden: Sie arbeitet kontinuierlich, solange von außen Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden. Dabei liegt der Wirkungsgrad heutiger (Stand 1999) Brennstoffzellen maximal bei etwa 70-85%, also weitaus höher als der Wirkungsgrad üblicher Kraftwärme-Maschinen wie beispielsweise Dampfturbinen mit 30 oder 35%; Verbrennungsmotoren bringen es gerade mal auf über 20 Prozent. Eine Brennstoffzelle enthält
Die beiden Elektroden sind durch einen elektrolytischen Ionenleiter voneinander getrennt. Bei einer klassischen Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle läßt ein elektrochemischen Vorgang in der hauchdünnen Membran nur Protonen, also positiv geladene Wasserstoff-Ionen (H+), passieren. Die Elektronen der Wasserstoff-Atome werden beim Durchgang abgelöst und bleiben zurück, während die Wasserstoff-Ionen mit den Sauerstoffteilchen auf der anderen Seite reagieren. Durch den Elektronenüberschuß auf der Wasserstoffs-Seite und Elektronenmangel auf der Sauerstoff-Sseite des Elektrolyts bilden sich Plus- und Minuspol (Kathode/Anode), an denen elektrische Energie entnommen werden kann. Die Energie stammt aus der Reaktion der Wasserstoffteilchen mit den Sauerstoffteilchen. Formal lautet die Anodenreaktion: 2 H2 + 2 O2- => 2 H2O + 4 e Die Kathodenreaktion lautet: O2 + 4 e => 2 O2- Als Abfallprodunkt entsteht an der Anode lediglich unbedenkliches Wasser bzw. Wasserdampf. Ingenieurmäßig muß hier noch für eine kontinuierliche Abführung gesorgt werden, damit die Zelle nicht überflutet wird. Die Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Spezielle Typen erlauben weiterführende Anwendungen (Die englische Bezeichnung lautet übrigens "fuel cell"):
Eingesetzt werden Wasserstoff-Sauerstoff-Zellen mit Ionenaustausch-Membranen oder immobilisierten Phosphorsäureelektrolyten seit den 60er Jahren - z.B. in den Gemini- und Apollo-Raumfahrtprogrammen der USA, weil sie mit geringer Masse der Brennstoffzelle und der benötigten Gase große Mengen elektrischer Energie erzeugen können. Das Wasser ist zudem ein willkommenes "Abfallprodukt" für die Astronauten. Die Geschwindigkeit der Entwicklung ist immens. 1994 stellte DaimlerChrysler mit dem NECAR 1 das erste Brennstoffzellen-Auto der Welt vor. Der Antrieb war noch so groß und schwer, dass er in einen Kleintransporter untergebracht werden musste. Doch die Entwicklung ließ die Aggregate - bei wachsender Leistung - rasch schrumpfen. Die Firma Ballard in Kanada hat als Hersteller der Brennstoffzellen großen Anteil an diesem Fortschritt. Beim NECAR 4 passte fünf Jahre später (1999) die gesamte Brennstoffzelleneinheit in den Sandwichboden einer Mercedes A-Klasse. Eine optimale Lösung: Damit liegt der Schwerpunkt des Fahrzeugs nämlich tiefer und die Lasten sind gut verteilt. Damals noch im Kofferraum: der sehr aufwendig isolierte Tiefkühltank für Wasserstoff. Denn Wasserstoff wird erst bei Minus 253° C flüssig. Toyota baut deshalb in sein Brennstoffzellenauto weder Druckflaschen noch Tiefkühltanks ein, sondern einen Metallhydrid-Speicher. Er bindet Wasserstoff in einem feinporigen Kristallgitter. Auch das ist teuer und aufwendig. Und dann ist da immer noch die Sache mit den Tankstellen. Busse mit Brennstoffzellen werden in vielen Städten bereits getestet. Sie tanken einfach im Depot. Auch für andere Fahrzeugflotten wie Kurierdienste oder Taxis ist das möglich. Für den Individualverkehr aber müssten zigtausend teure neue Tankstellen eingerichtet werden. Da spielen die Mineralölfirmen nicht mit. DaimlerChrysler stellte deshalb im November 2000 die Neuentwicklung NECAR 5 vor. Das Fahrzeug wird mit Methanol betankt. Mittels eines sogenannten "Reformers" wird daraus dann der notwendige Wasserstoff gewonnen. Methanol, volkstümlich "Methylalkohol" genannt, hat den Vorteil ganz normal gezapft werden zu können. Jede Tankstelle könnte ihn praktisch ab sofort verkaufen. Für die Umwelt ist dieses ein Kompromiss. Denn NECAR 5 lässt eben nicht nur Wasserdampf aus dem Auspuff, sondern auch Kohlendioxid. Weitere Anwendungsbeispiele sind:
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Bücher zum Thema: | ||
Noch mehr |
![]() Konstantin-Hey Ledjeff, Falko Mahlendorf, Jürgen Roes, Konstantin Ledjeff- Hey 2000.
Taschenbuch. 200 Seiten. 2., überarb. Aufl.
2000. Taschenbuch - 111 Seiten. Shaker Verlag GmbH; ISBN: 3826570030
1996- Gebundene Ausgabe. Wiley/VCH, Weinh.; ISBN: 3527285792 |
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