Ökologie
und
Umwelt

Die Brennstoffzelle

Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle als Fahrzeugantrieb

Die Elektromobilität über herkömmliche Batterietechnologie hat seinen entscheidenden Nachteil im Energiespeicher „Batterie“. Dieses Bauteil ist groß, schwer, benötigt eine lange Ladezeit und gewährleistet nur eine kurze Betriebsdauer. Ganz zu schweigen von der Empfindlichkeit hinsichtlich hoher Minusgrade im Winter und der meist auf wenige Jahre beschränkten Lebensdauer. Was wäre, wenn anstelle dieser Batterie eine Art kleines Kraftwerk zur Verfügung stünde, das seine elektrische Spannung permanent selbst erzeugt?

Nichts anderes macht die Brennstoffzelle. Bereits im Jahre 1839 wurde dieses System, der direkten Stromerzeugung, vom britischen Physiker Sir William Robert Grove erfunden.
Bei dieser Reaktion bilden sich aus dem Energieträger Wasserstoff und dem Sauerstoff aus der Luft ganz gewöhnliches Wasser. Um den Ablauf in Gang zu setzen ist zudem ein Katalysator (Platin) nötig, der den Wasserstoff in Wasserstoffprotonen (positiv geladen) und Wasserstoffelektronen (negativ geladen) aufspaltet. Ähnliches geschieht mit dem Sauerstoff.
Vereinfacht gesagt, liegen nun Potentialungleichgewichte vor, die durch Elektronenfluss ausgeglichen werden. Es entsteht nutzbare elektrische Energie und Wasser als Endprodukt.

Vorteile der Brennstoffzelle

Es entstehen im Betrieb der Brennstoffzelle keinerlei Emissionen von Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO2) oder anderen toxischen und klimabeeinflussenden Schadstoffen. Allerdings gilt diese Aussage natürlich nur, soweit Wasserstoff bereits vorliegt. Inwieweit die Produktion von Wasserstoff selbst Emissionen verursacht, muss dabei natürlich auch berücksichtigt werden.
Beim Elektromotor wird die Energie der Stromquelle ohne nennenswerte Verluste in Rotationsenergie umgesetzt. Der Wirkungsgrad ist hier generell sehr hoch und kann bis ca. 98 % betragen. Im Gegensatz dazu ist der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors ernüchternd niedrig. Die in Form von Benzin oder Diesel hineingesteckte Energie teilt sich recht gleichmäßig in die Antriebsleistung, die Wärmeverluste und die Abgasverluste auf. Der gewöhnliche Automotor kommt daher nur auf einen Wirkungsgrad von etwas über 30% (also 1/3 des Elektromotors).

Besonderheiten des Elektroantriebs zum herkömmlichen Antrieb durch Verbrennungsmotor

Das Drehmomentdiagramm von Verbrennungsmotor und Elektromotor unterscheiden sich doch merklich. Beim Verbrennungsmotor gleicht es einer Kurve mit Anstieg, Plateaubereich und Abfall, beim Elektromotor einer Geraden die langsam abfällt. Das heißt in der Praxis: Bei Elektrofahrzeugen herrscht bereits beim Wegfahren das maximale Drehmoment vor. Ob dies nun generell ein Vorteil oder Nachteil ist, hängt sicher auch am einzelnen Fahrer. Den das hohe Anfahrdrehmoment begünstigt natürlich sportliche Startvorgänge mit entsprechendem Schlupf. Dies wiederum danken die Antriebsreifen mit erhöhtem Verschleiß.

Schwierigkeiten der Brennstoffzellentechnologie

Bei dieser auf den ersten Blick genialen Möglichkeit der Energieerzeugung ist man allerdings auch recht schnell mit den Nachteilen und Grenzen des Systems konfrontiert. Diese resultieren aus der Bereitstellung des Wasserstoffs.
Zwei Varianten wären hier denkbar. Zum einen die unmittelbare Wasserstofferzeugung vor Ort, also im Auto selbst.
Zum anderen das Tanken von Wasserstoff, analog zu den bisherigen verfügbaren Kraftstoffen. Hierzu muss ein flächendeckendes Wasserstofftankstellennetz aufgebaut werden und jedes Fahrzeug mit einem Hochdrucksicherheitstank ausgerüstet werden.

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