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Brennstoffzellen

BrennstoffzelleDie Brennstoffzelle ist die Alternative zur Stromerzeugung über einen Motor oder eine Turbine. In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff in einer kontrollierten Reaktion miteinander zu Wasser. Beide Gase sind durch einen Elektrolyten (Membran) voneinander getrennt und tauschen nur über einen elektrischen Leiter Elektronen aus. Durch den Elektronenfluss wird die Brennstoffzelle zur Stromquelle. Die dabei entstehende Wärme wird wie bei der Kraft-Wärme-Kopplung genutzt.

Bei der Verwendung von reinem Wasserstoff gibt es keine Abgase oder andere Schadstoffe, da das Verbrennungsprodukt Wasser ist. Außerdem verläuft der Verbrennungsprozess im Gegensatz zur Kraft-Wärmekopplung nahezu lautlos.

Um eine Brennstoffzelle mit Erdgas zu betreiben, muss das Erdgas in einem chemischen Prozess zerlegt (reformiert) werden. Bei diesem Prozess entstehen kaum noch die bei der Verbrennung bekannten Schadstoffe. Auch die CO2-Emissionen sind rund um ein Viertel niedriger.

Gebräuchlich sind folgende Typen von Brennstoffzellen, die sich vor allem durch die unterschiedlichen Materialien von Elektrolyten (Membranen) unterscheiden:

Bezeichnung
Beschreibung
AFC (Alkaline Fuel Cell)
Alkalische Brennstoffzellen
Elektrolyt: Kalilauge (KOH)
Betriebstemperatur: <80°C
Brennstoff: Hochreiner Wasserstoff oder CO2-freies Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 45-60%
Leistungsbereich: 100 W..100 kW
Entwicklungsstand: kommerziell verfügbar
Einsatzbereiche: Raumfahrt, Militärtechnik

PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)
Polymer-Membran Brennstoffzellen

oder

PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell)
Polymerelektrolytbrennstoffzelle

 

Elektrolyt: Polymermembran
Betriebstemperatur: 10..100°C
Brennstoff: Wasserstoff, Methanol oder Reformat
Elektrischer Wirkungsgrad: 40-60%
Leistungsbereich: 100 W..10 MW
Entwicklungsstand: Prototypen
Einsatzbereiche: Fahrzeugantriebe, Hausenergieversorgung, portable Anwendungen
PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell)
Phosphorsaure Brennstoffzellen
Elektrolyt: Phosphorsäure (H3PO4)
Betriebstemperatur: 150..250°C
Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas oder Reformat
Elektrischer Wirkungsgrad: 40-50%
Leistungsbereich: 200kW..10 MW
Entwicklungsstand: Kleinserie
Einsatzbereiche: Heizkraftwerke
MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell)
Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen
Elektrolyt: Alkalicarbonat-Mischschmelze aus Lithium- und Kaliumcarbonat
Betriebstemperatur: 580-675°C
Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas (Methan CH4) oder Kohlegas
Elektrischer Wirkungsgrad: 45-50%
Leistungsbereich: >100 MW
Entwicklungsstand: Prototypen
Einsatzbereiche: Heizkraftwerke, Kraftwerke
SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
Oxidkeramische Brennstoffzellen
Elektrolyt: oxydkeramischer Elektrolyt
Betriebstemperatur: 650..1.000°C
Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas (Methan CH4) oder Kohlegas
Elektrischer Wirkungsgrad: 55-66%
Leistungsbereich: bis >100 MW
Entwicklungsstand: Prototypen
Einsatzbereiche: Hausenergieversorgung, Heizkraftwerke, Kraftwerke

 

Für die Verwendung zur Stromerzeugung und Beheizung von Gebäuden werden vor allem Brennstoffzellen vom Typ PEMFC und SOFC eingesezt. Erste Geräte stehen kurz vor der Markteinführung.

Förderung

Brennstoffzellen werden wie Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) mit einem Zuschlag von 5,11 Cent/kWh zum Strompreis, jedoch für die Dauer von 10 Jahren gefördert.

Weblinks