Die Wasserstofftechnologie wird kontrovers diskutiert – sowohl in der öffentlichen Debatte als auch unter Schaeffler-Mitarbeitern

Der Elektroantrieb geht auch prima ohne Reichweitenproblem: Stichwort Brennstoffzelle. Wie funktioniert diese Technologie eigentlich? Und warum ist sie jetzt überall im Gespräch? Schaeffler-„tomorrow“ beantwortet die wichtigsten Fragen. Von Carsten Paulun (Dezember 2019).

Frage: Was ist eine Brennstoffzelle?

Eine Vorrichtung, die chemische Reaktionsenergie eines zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Wobei der Begriff „Brennstoffzelle“ irreführend ist, da sie im klassischen Sinn den „Brennstoff“ nicht verbrennt. Idealer Brennstoff ist Wasserstoff. Seine Energiedichte ist mit 33,3 kWh pro Kilogramm fast dreimal höher als die von Diesel (11,9 kWh/kg). Und Wasserstoff ist in gebundener Form mit Sauerstoff – als Wasser – nahezu unbegrenzt vorhanden. Zur Erinnerung: 70 Prozent der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt. Außerdem ist in reinem Wasserstoff kein Kohlenstoff gebunden. Im Abgas einer Brennstoffzelle gibt es also kein CO2. Eine Brennstoffzelle funktioniert mit allen wasser-stoffhaltigen Gasen – zum Beispiel Methanol, Kohlegas oder Erdgas. Diese Gase emittieren im Gegensatz zu Wasserstoff bei der Umwandlung zu Strom und Wasser aber immer CO2. Als Oxidationsmittel dient Sauerstoff aus der Umgebungsluft.

Frage: Was sind die Vorteile einer Brennstoffzelle?

Sie resultieren vorrangig aus dem verwendeten Brennstoff: Wasserstoff. Mit ihm können wir regenerativ erzeugten Strom durch das Elektrolyseverfahren speichern, ohne schädliche Ab-gase zu produzieren. Und nach Belieben nutzen. Das ist besonders wichtig bei der Betrachtung der Emissionen entlang der Energiekette, also von der Erzeugung in den Tank und bis ans Rad. Der Fachmann spricht hier von Well-to-Tank und Tank-to-Wheel oder insgesamt von Well-to-Wheel. Während bei Verbrennungsmotoren die größten Verluste und Emissionen im Fahrzeug selbst entstehen, ist ein E-Antrieb hier emissionsfrei unterwegs. Dabei ist es egal, ob der Fahrstrom aus einer Batterie oder einer Brennstoffzelle stammt. Bei einem E-Fahrzeug entstehen die größten Verluste und Emissionen bei der Strom-Erzeugung und Strom-Speicherung. Sie sind vernachlässigbar, wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt.

Frage: Wie funktioniert die Brennstoffzelle?

Die Brennstoffzelle wandelt chemisch gebundene Energie in einem Brennstoff direkt in Elektroenergie um. Der Aufbau einer Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane) – der heute favorisierten Technologie – ähnelt dem einer Batterie: Eine Membran trennt zwei plattenförmige Elektroden (Anode und Kathode) voneinander, die in der Brennstoffzellentechnik Bipolarplatten heißen. Diese Membran kann Protonen leiten, ist ansonsten aber undurchlässig. Sie ist mit Katalysatormaterialien beschichtet, die die Spaltung von Wasserstoff in Elektronen und Protonen fördern. Die Elektronen fließen als nutzbarer Strom über einen Leiter zur Kathode. Die Protonen strömen durch die Membran ebenfalls zur Kathode. Dort treffen sie auf Sauerstoff-Ionen, die sich durch die Aufnahme von zur Kathode gewanderten Elektronen gebildet haben. Beide reagieren zu Wasserdampf und Wasser.

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Das vollständige Gespräch finden Sie hier.

Quelle: Schaeffler-"tomorrow", Dezember 2019