Die Brennstoffzelle

Es ist der 16. Juli 1969. Das Raumschiff Apollo 11 hebt ab. Es hat eine lange Reise vor sich, während es durch den Weltraum reist in Richtung Mond. Für diese Reise benötigt das Raumschiff viel elektrische Energie, um alle Bedienfelder und Geräte an Bord mit Strom zu versorgen.

Aber woher kommt diese elektrische Energie? Von diesen speziellen Geräten, die Strom produzieren – den Brennstoffzellen. Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie eines Brennstoffs in elektrische Energie um, die dann verwendet werden kann, um elektrische Geräte mit Strom zu versorgen. Es ist eine Art elektrochemische Zelle. Mal sehen, wie es funktioniert.

Im Zentrum einer Brennstoffzelle gibt es eine Lösung, durch die sich Ionen bewegen können – ein Elektrolyt. Das Elektrolyt ist zwischen zwei Elektroden eingeschlossen. Eine Elektrode ist eine negative Anode, und die andere ist eine positive Kathode. Die beiden Elektroden sind durch einen Draht verbunden. Der Brennstoff – meistens Wasserstoff – wird der negativen Anode zugeführt.

In der Anode findet eine chemische Reaktion statt: Wasserstoffatome werden in Wasserstoffionen und Elektronen gespalten. Die Wasserstoffionen bewegen sich dann durch das Elektrolyt zur Kathode. Elektronen bewegen sich auch zur Kathode, aber durch den Draht, der die beiden Elektroden verbindet. Dadurch entsteht der Stromfluss. In der Kathode verbinden sich die Wasserstoffionen und die Elektronen mit Sauerstoff, der der Kathode zugeführt wird.

Diese Reaktion erzeugt Wärme und Wasser. Diese Art von Reaktion macht die Stromerzeugung sehr effizient. Das so hergestellte Wasser kann auch von Astronauten während eines Raumflugs verwendet werden. Deshalb war die Brennstoffzelle die perfekte Art und Weise, während der Apollo-Missionen Strom zu erzeugen! Aber Brennstoffzellen haben noch weitere Vorteile, die sie für andere Anwendungen nützlich machen.

Eine Anwendung ist in Autos. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die in Verbrennungsmotoren von Autos verwendet werden, erzeugen Brennstoffzellen keine schädlichen Emissionen. In Elektroautos produzieren Brennstoffzellen sehr effizient Strom. Das bedeutet, dass sie eine größere Reichweite haben können als wiederaufladbare Batterien. Nicht nur das: Das Aufladen von Brennstoffzellen ist kürzer als das Aufladen einer Batterie.

Brennstoffzellen bleiben langfristig effizient und sind nicht so schädlich bei der Entsorgung am Ende ihres Lebenszyklus. All das macht Brennstoffzellen zu einer guten Alternative zu fossilen Brennstoffen oder zu batteriebetriebenen Elektroautos. Es gibt jedoch einige Hindernisse zu überwinden, bevor Brennstoffzellen überall eingesetzt werden können. Erstens ist es kostspielig, ausreichende Mengen an Wasserstoff zu erhalten. Das benötigt auch viel Energie, die derzeit hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen stammt.

Darüber hinaus gibt es einige Sicherheitsbedenken, wie die hohe Entflammbarkeit von Wasserstoff. Mit Luft vermischt, kann sich Wasserstoffbrennstoff leicht entzünden oder sogar explodieren. Es gibt Brennstoffzellen, die einen anderen Brennstoff verwenden, aber diese können noch teurer in der Herstellung sein oder andere negative Auswirkungen haben. Schließlich, damit sich Brennstoffzellen immer weiter verbreiten, müssten einige Anpassungen an den derzeitigen Systemen vorgenommen werden. Beispielsweise müssten neue Tankstellen statt herkömmlicher Tankstellen gebaut werden.

Es besteht sowohl ein zunehmender Bedarf an effizienter Stromerzeugung als auch an umweltfreundlichere Lösungen im Transportwesen. Daher arbeiten viele Unternehmen derzeit an der Entwicklung von Technologien und suchen nach neuen Anwendungen für Brennstoffzellen, die diese Bedürfnisse befriedigen könnten. Ab 2021 haben einige Orte Züge und Busse, die durch Wasserstoff-Brennstoffzellen angetrieben werden. Und mehrere experimentelle Projekte sind im Gange, die Brennstoffzellen in Flugzeugen oder in der Industrie testen. Die Brennstoffzellentechnologie ist längst nicht mehr nur für die Raumfahrt da.

Vielleicht wird sie bald für jeden leicht verfügbar sein, hier auf der Erde!