Die Brennstoffzelle - WISSEN

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Den Industriestaaten droht der Verkehrsinfarkt. Schon heute sind über 600 Millionen Autos auf den Straßen unterwegs – Tendenz steigend! Natürlich bleibt das nicht ohne Auswirkungen aufs Klima. CO2 gilt als Klimakiller Nummer 1.

Island hat die Zeichen der Zeit früh erkannt und sich ein ehrgeiziges Ziel gesetzt: Der Inselstaat will sich endgültig vom Erdöl unabhängig machen und zur ersten Wasserstoff-Gesellschaft der Welt werden. Bis 2020 sollen 40 Prozent der Autos und der Fischfangflotte mit Wasserstoff betankt werden, 2040 sogar 100 Prozent, alle angetrieben durch die Brennstoffzelle.

Das Prinzip ist nicht neu. Bereits vor über 160 Jahren entdeckte der britische Rechtsanwalt und Physiker Sir William Grove, dass bei der kalten Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff Strom entsteht. 1839 beschreibt er die Funktion einer galvanischen Gasbatterie – die Brennstoffzelle ist entdeckt. Wenig später setzt sich im Fahrzeugbau jedoch der Verbrennungsmotor durch. Dabei ist ihm die Brennstoffzelle vielfach überlegen.

Aus Wasserstoff entstehen in dem alternativen Antriebssystem Strom, Wärme und Wasser. Der Vorteil: Wasserstoff ist in praktisch unbegrenzter Menge vorhanden und somit ein Kraftstoff der niemals zu Neige geht. Daher forschen alle großen Autokonzerne am Wasserantrieb. Und nahezu alle setzen dabei auf die Brennstoffzelle. "Die Brennstoffzelle hat einen einmalig hohen Wirkungsgrad", erläutert Siegfried Kreußler von der Fachhochschule Lübeck. "Er ist doppelt so hoch wie bei den normalen Wärmekraftmaschinen. Außerdem arbeitet die Brennstoffzelle völlig lautlos, erzeugt keine schädlichen Abgase. Man wird sie billig herstellen können, man kann sie in jeder Größenordnung herstellen – von der Versorgung eines Computers bis zu einer Brennstoffzelle, die ein Auto antreibt oder ein Schiff. Diese Vorteile hat keine andere Wärmekraftmaschine."

Anders als komplizierte Verbrennungsmotoren bestehen Brennstoffzellen aus nur wenigen unbeweglichen Bauteilen: zwei Elektroden und einer hauchdünnen, platinbeschichteten Kunststoffmembran. Aufgrund verbesserter Herstellungsbedingungen konnte der teure Platinanteil der Membran deutlich verringert werden. Gleichzeitig stieg die Leistungsausbeute je Zelle. Das ermöglichte den Bau kleinerer und billigerer Einheiten.

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Wie funktioniert eine Brennstoffzelle? Auf der Anodenseite werden Wasserstoffmoleküle durch Katalysatoren auf der Kunststoffmembran in Protonen und Elektronen gespalten. Protonen können die Membran passieren, die Elektronen fließen in den Stromkreis und treiben zum Beispiel einen Elektromotor an. Auf der Kathodenseite reagieren Sauerstoffmoleküle mit den freien Elektronen und Protonen zu H2O, reinem Wasser. In den Brennstoffzellen entsteht bei der kalten Verbrennung Strom – je Zelle etwa ein Volt. Im Auto stapelt man deshalb mehrere hundert Zellen übereinander, um genug Leistung zu erzeugen - in sogenannten Stacks. Die einzelnen Spannungen addieren sich und setzen das Auto in Bewegung.

Das Problem dabei: die Reichweite der Wasserstoff-Modelle. Obwohl der Brennstoffzellenantrieb durch kleinere Zellen leistungsfähiger geworden ist, erreichen sie noch nicht die Leistungen eines herkömmlichen Verbrennungsmotors. "In Zukunft müssen wir an Systemen arbeiten, die noch mehr Wasserstoff im Fahrzeug speichern. Wir müssen an besseren Betankungssystemen arbeiten, sodass es einfacher wird für den Kunden. Und letztendlich müssen wir den Kunden davon überzeugen, dass Wasserstoff ein sicherer Kraftstoff ist, wie er es von Diesel und Benzin gewohnt ist", erklärt Erhard Schubert von der Adam Opel AG.

Wasserstoff hat ein schlechtes Image: Viele Autofahrer haben Angst, befürchten Explosionen bei Auffahrunfällen. Sie verbinden \s mit Wasserstoff immer noch das Horrorszenario Wasserstoff-Bombe. "Wasserstoff ist in etwa so gefährlich wie ganz normales Erdgas, das wir im Haus verwenden", sagt Kreußler. "Und Erdgas kann natürlich explodieren, es kann brennen. Aber da wir die Technologie seit Jahrzehnten nutzen, glaube ich, dass man bei Wasserstoffgas auch keine Probleme haben wird."

In 15 Jahren sollen die ersten Modelle serienmäßig mit Brennstoffzellenantrieb ausgeliefert werden. Ihr Preis wird dann auf dem Niveau vergleichbarer Automatikfahrzeuge liegen. Die Preise für Membrane und andere Bauteile fallen immer weiter. Für ein Brennstoffzellen-Demonstrationsobjekt musste man vor Jahren noch mehrere tausend Euro auf den Tisch legen, nun ist es schon für rund 150 Euro zu haben.

Im Busbetrieb setzt sich die Brennstoffzelle bereits langsam durch. Brennstoffzellenbusse sind in Madrid, London, Peking und Hamburg bereits im Einsatz, Tendenz steigend.

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