Die Brennstoffzellentechnologie ist eines der F&E-Segmente, die sich derzeit besonders schnell entwickeln. Und so viele verschiedene Typen von Brennstoffzellen es heute gibt, so breit ist auch das Spektrum möglicher Anwendungen: vom Kraftwerk über den Elektroantrieb bis zum portablen Einsatz ist die Brennstoffzelle ein geeigneter Energiewandler.
Große Unternehmen aus der Automobilbranche, der Kraftwerkstechnik und dem Hausheizungsbereich sehen auf diesem Sektor neue, umweltfreundliche Produkte für die Zukunft. Nachdem erste Demonstrationsvorhaben abgeschlossen sind, steht nun der Schritt zur Produktentwicklung an.
Folgende Typen von Brennstoffzellen sind derzeit bekannt:
– Hochtemperaturbrennstoffzellen mit keramischem Festelektrolyten oder einer Salzschmelze,
– Mitteltemperatur-Brennstoffzellen mit Phosphorsäure als Elektrolyt und einer Arbeitstemperatur von 200 °C
– Membranbrennstoffzellen, die bei niederen Temperaturen arbeiten und nicht nur mit wasserstoffhaltigen Gasen, sondern auch direkt mit flüssigem Methanol als Brennstoff betrieben werden können,
– sowie alkalische Brennstoffzellen.
Im mobilen Bereich sind die Prototyp-Fahrzeuge der Stuttgarter Daimler-Chrysler AG ein gutes Beispiel für diese Art der Energiewandlung. Der Pkw Necar 5 fährt mit einem Brennstoffzellenantrieb: Aus dem flüssigen Energieträger Methanol wird der erforderliche Wasserstoff an Bord des Fahrzeuges hergestellt. Diese komplexe Technik ist bereits soweit entwickelt, dass die erforderlich Anlage in Fahrzeugen der A-Klasse untergebracht werden kann. Sowohl in nationalen wie auch in internationalen Programmen haben auch Bus-Projekte gezeigt, dass lokal abgasfreie Lösungen für den Nahverkehr in Ballungszentren möglich sind.
Für Anwendungen im stationären Bereich sind bisher überwiegend phosphorsaure Zellen des amerikanisch-japanischen Kooperationsunternehmens Onsi betrieben worden. Nun verlagert sich jedoch der Schwerpunkt zugunsten der Hochtemperatursysteme der Anbieter Siemens/ Westinghouse und des Triebwerk- und Turbinenherstellers MTU Aero Engines GmbH, München. Aber auch Membranzellen von Alstom/ Ballard werden im Leistungsbereich von 200 bis 300 kW erstmals in Deutschland vorgestellt.
Im kleinen Leistungsbereich – also für Hausheizungssysteme mit 1 bis 5 kW elektrischer Leistung und einigen kW thermischer Leistung – konkurrieren ebenfalls zwei verschiedene Systeme. Die Hochtemperaturzelle mit keramischem Festelektrolyten wird von der Sulzer Hexis AG aus dem schweizerischen Winterthur vorangetrieben. Alle anderen Heizungshersteller konzentrieren sich derzeit auf die Membranzellen und schließen Allianzen mit Energieversorgern. Aus diesen Verbindungen entstehen Demonstrationsprogramme für die nächsten Jahre, und die ersten Vorserienprodukte werden aufgelegt.
Interessant sind außerdem portable Anwendungen im kleinen Leistungsbereich. Allerdings ist hier, verglichen mit den bisher beschriebenen Einsatzfällen, noch ein großer Entwicklungsrückstand zu verzeichnen. Erste Arbeitsgruppen kümmern sich seit Kurzem um die Wasserstoff- und Methanol-betriebene Membran-Brennstoffzelle als Batterieersatz.
Neben netzfernen, beweglichen Brennstoffzellen für Signalanlagen sind die tragbaren Computer und die Mobiltelephone mit ihrer heute begrenzten Betriebszeit ins Zentrum des Interesses gelangt. Der aktuelle Stand der Entwicklungen ist auf diesem Sektor allerdings nicht ohne weiteres zugänglich. Es arbeiten aber mehr Unternehmen an dem Thema, als öffentlich bekannt ist.
In allen beschriebenen Bereichen ist in der nahen Zukunft mit großen Fortschritten zu rechnen, da die Entwicklungsanstrengungen beständig steigen und sich immer mehr Forschergruppen des Themas annehmen.
Mit der Brennstoffzellentechnologie befasst sich auch die Abteilung Energietechnik am Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg. Die Forscher arbeiten dabei sowohl an der Erzeugung von Wasserstoff als auch an den Technologien zu seiner Nutzung.
Besondere Schwerpunkte sind die Membran-Brennstoffzellen im kleineren Leistungsbereich bis hin zu Systemen der Mikroenergietechnik und die Gasprozesstechnik, mit der sich verschiedene Brennstoffe reformieren lassen: fossile und biogene, gasförmige und flüssige Energieträger werden untersucht. Für Demonstrations-Projekte werden auch komplette Systemlösungen angeboten.
Auf der Hannover Messe präsentiert das ISE eine Miniaturbrennstoffzelle für Camcorder in Halle 18, OG, Stand J05.
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