DZ BANK schlüsselt auf Das ist der Stand bei der Wasserstoff-Technologie
Brennstoffzellen sind farbenblind
Aufbau und Anwendungen von Brennstoffzellen
Wasserstoff lässt sich energetisch vor allem in der Brennstoffzelle nutzen. Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes (hier: Wasserstoff) und eines Oxidationsmittels (hier: Sauerstoff) in elektrische Energie wandelt.
Das Prinzip der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle basiert auf der Reaktionsgleichung 2 H2 + O2 → 2 H2O. Man bezeichnet die Reaktion auch als „kalte Verbrennung“, wobei direkt (ohne Umweg über Wärmeenergie) elektrische Energie erzeugt wird. Die gleiche Reaktion findet auch bei der, aus dem Chemie-Unterricht bekannten, Knallgasreaktion statt.
Die Brennstoffzelle ist, im Gegensatz zu einer Batterie, alleine kein Energiespeicher, sondern ein Energiewandler, der Energie in chemisch gebundener Form mit den Brennstoffen zugeführt wird. Ein komplettes Brennstoffzellensystem kann aber einen Brennstoffspeicher (Wasserstoff) enthalten.
Nutzung von Brennstoffzellen in Gebäuden und Fahrzeugen
Die Brennstoffzelle wurde anfangs vor allem vom Militär oder in der Raumfahrt genutzt, da die spezifischen Vorteile die Kostennachteile gegenüber Akkumulatoren und Dieselgeneratoren überwogen. Brennstoffzellen verfügen über eine hohe Energiedichte, sind leise und auch nach langer Inaktivität noch zuverlässig. Bei der Marine kommen sie zum Beispiel in U-Booten zum Einsatz.
PKW mit Brennstoffzellenantrieb sind noch sehr selten. Interessant sind Brennstoffzellenantriebe allerdings für LKW, Busse, Regionalzüge und Fähren, da sie, im Gegensatz zu den für Elektrofahrzeuge obligatorischen Batterien, für lange Strecken und große Lasten geeignet sind. Zudem kann Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge in kurzer Zeit getankt werden. Laut VDI (2019) liegt die Tankzeit bei einem Mercedes GLC F-Cell (142 kW) bei nur 3-5 Minuten.
Die Umwandlung des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle in elektrische Energie ist mit Wirkungsgradverlusten verbunden. Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) weisen deshalb im Vergleich zum Elektroauto mit Batterie (BEV) eine deutlich geringere Effizienz auf. Im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor besitzt ein Brennstoffzellenfahrzeug jedoch vor allem im Teillastbereich, dem überwiegenden Betriebsbereich der PKWs, einen wesentlich höheren Wirkungsgrad.
