Chancen
Eine zentrale Herausforderung unserer Zeit ist die Begrenzung des Klimawandels. Dabei gilt es vor allem, CO2-Emissionen zu vermeiden, die durch Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas entstehen. Die heutige Form der kohlenstoffbasierten Energiewirtschaft wird in der Zukunft möglicherweise durch eine wasserstoffbasierte Energiewirtschaft abgelöst. Dabei übernimmt Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen die Rolle der heutigen fossilen Energieträger, die in den nächsten Jahrzehnten knapper und damit teurer werden. Heute sind wir noch nicht ganz so weit. Brennstoffzellen werden zwar mit Wasserstoff betrieben. Dieser stammt aber größtenteils noch direkt aus Erdgas, so dass beim Betrieb der Brennstoffzelle CO2 entsteht.
Die Brennstoffzelle allein ist deshalb keine erneuerbare Energiequelle. Sie ist aber ein effizienter Wandler. Sie stellt Strom sowie Wärme zur Verfügung und vermindert die CO2-Emissionen im Vergleich zum konventionellen Kraftwerk. Ein besonderer Vorteil ist dabei der hohe Stromwirkungsgrad. Brennstoffzellen wandeln chemische Energie direkt in elektrische und thermische Energie um, während bei der herkömmlichen Stromerzeugung zunächst einmal Bewegungsenergie entsteht, die dann wiederum in elektrische Energie umgewandelt werden muss.
Vorteile
Brennstoffzellen können in verschiedenen Größen wirtschaftlich betrieben werden, nämlich als Kraftwerk für die Strom- und Wärmeproduktion großer Abnehmer (z.B. Krankenhäuser) oder auch im Keller eines Einfamilienhauses. Langfristig können sie zu einer dezentralen Energieversorgung beitragen.
Mit dem Einsatz tragbarer elektronischer Geräte ist ein enormer Verbrauch an Batterien und damit negative Folgen für die Umwelt verbunden. Brennstoffzellen können hier Abhilfe schaffen. Zudem fallen bei der Nutzung von Brennstoffzellen, je nach Art des Energieträgers, der genutzt wird, wenig bis gar keine Emissionen an. Wird Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen verwendet, entsteht als Endprodukt nur Wasser. Zudem arbeiten sie sehr leise. Deshalb ist der Einsatz von Brennstoffzellen bei Autos und Bussen, besonders in stark verkehrsbelasteten Städten, attraktiv.
Antrieb von Fahrzeugen
Viele Fahrzeughersteller sehen in der Brennstoffzelle den technischen Hoffnungsschimmer und haben brennstoffzellenbetriebene Prototypen entwickelt. Die Palette reicht vom Motorroller über Mittelklasse-PKWs bis hin zu großen Bussen.
Mittlerweise ist die Technik recht ausgereift und würde auch Alltagsbedingungen standhalten. Dass noch keine Brennstoffzellenautos im Straßenverkehr zu sehen sind, liegt weniger an technologischen Problemen als vielmehr an der fehlenden Wasserstoff-Infrastruktur.
Viele Umweltnachteile, die sonst mit dem Automobil assoziiert werden, vor allem der stinkende Auspuff, werden bei Brennstoffzellenautos passé sein. „Nur Wasser aus dem Auspuff“, das ist der Spruch der Autobranche. In zwei Aspekten kann die Brennstoffzelle ökologisch vor allem punkten: bei Emissionen und bei der Effizienz. Allerdings machen Brennstoffzellen-Antriebe erst dann ökologisch richtig Sinn, wenn der Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt wird.
Einer allzu raschen Einführung von wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenautos stehen, wie so oft, die Kosten entgegen. Ein Liter unversteuertes Benzin kostet so viel wie ein Brötchen oder eine Flasche billigen Mineralwassers. Das ist die strenge Messlatte für künftige Kraftstoffe. Schon Wasserstoff aus Erdgas kostet deutlich mehr. Solarer Wasserstoff ist noch teurer.
Nicht nur der Kraftstoff selbst, auch der Aufbau einer Infrastruktur muss bezahlt werden: ein Netz von Tankstellen, eine neue Logistik und zusätzliche Produktionszentren. Weltweit werden die Kosten für den Aufbau der Infrastruktur auf Billionen Euro geschätzt. Der Aufbau der Infrastruktur ist ein typisches Henne-Ei-Problem. Wer investiert diese Summen, wenn es nur wenige Wasserstoff-Mobile gibt? Und wer kauft sich ein Brennstoffzellen-Auto, wenn er die Tankstellen mühsam auf der Landkarte suchen muss?
Brennstoffzellen und eneuerbare Energien
Natürlich ist der Betrieb von Brennstoffzellen mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen wünschenswert. Dies kann heute in Modellprojekten verwirklicht werden. Der so erzeugte Wasserstoff ist aber noch sehr teuer. Außerdem entstehen Umwandlungsverluste durch die Wasserstofferzeugung und den möglichen Transport zur Brennstoffzelle.
Ein großer Vorteil wäre aber eine gleichmäßigere Nutzung erneuerbarer Energien wie Windkraft oder Photovoltaik. Der erzeugte Strom wird derzeit direkt ins Stromnetz eingespeist und muss genutzt werden. Eine Anpassung an den Strombedarf findet durch fossile Kraftwerke statt. Nimmt das Angebot erneuerbar erzeugten Stroms in Zukunft weiter zu, muss dieser in geeigneter Form gespeichert werden können. Diese Aufgabe können Druckluftspeicher unter der Erde oder Batterien in geringem Umfang übernehmen. Die Erzeugung von Wasserstoff als Energiespeicher ist eine interessante Alternative. Man erhofft sich in der Zukunft eine breite regenerative Erzeugung von Wasserstoff, der effizient transportiert und gespeichert werden kann.
Die Brennstoffzelle stellt also das Bindeglied zwischen einer effizienten Erzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien dar. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil die Verwendung von Brennstoffzellen mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff besonders effizient ist. So besitzt die Energiekette Solarstrom - Wasserstoff - Brennstoffzellen-Pkw einen besseren Wirkungsgrad als die Kette Solarstrom - Stromnetz - Batterie - Elektro-Pkw.
Ähnliches gilt für den Bereich Biomasse. Heute wird Biomasse in der Regel direkt verbrannt oder zu Biogas vergoren, das dann ebenfalls als Brennstoff dient. In neu entwickelten mikrobiellen Brennstoffzellen, auch Bio-Brennstoffzellen genannt, verarbeiten Bakterien Biomasse wie Klärschlamm oder Bio-Abfälle direkt zu Strom. Unter diesen Bedingungen ist die Stromproduktion umweltfreundlicher und weist eine bessere Umweltbilanz auf als die aktuelle, als klimaneutral geltende Biomassenutzung.
Die Brennstoffzelle allein ist deshalb keine erneuerbare Energiequelle. Sie ist aber ein effizienter Wandler. Sie stellt Strom sowie Wärme zur Verfügung und vermindert die CO2-Emissionen im Vergleich zum konventionellen Kraftwerk. Ein besonderer Vorteil ist dabei der hohe Stromwirkungsgrad. Brennstoffzellen wandeln chemische Energie direkt in elektrische und thermische Energie um, während bei der herkömmlichen Stromerzeugung zunächst einmal Bewegungsenergie entsteht, die dann wiederum in elektrische Energie umgewandelt werden muss.
Vorteile
Brennstoffzellen können in verschiedenen Größen wirtschaftlich betrieben werden, nämlich als Kraftwerk für die Strom- und Wärmeproduktion großer Abnehmer (z.B. Krankenhäuser) oder auch im Keller eines Einfamilienhauses. Langfristig können sie zu einer dezentralen Energieversorgung beitragen.
Mit dem Einsatz tragbarer elektronischer Geräte ist ein enormer Verbrauch an Batterien und damit negative Folgen für die Umwelt verbunden. Brennstoffzellen können hier Abhilfe schaffen. Zudem fallen bei der Nutzung von Brennstoffzellen, je nach Art des Energieträgers, der genutzt wird, wenig bis gar keine Emissionen an. Wird Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen verwendet, entsteht als Endprodukt nur Wasser. Zudem arbeiten sie sehr leise. Deshalb ist der Einsatz von Brennstoffzellen bei Autos und Bussen, besonders in stark verkehrsbelasteten Städten, attraktiv.
Antrieb von Fahrzeugen
Viele Fahrzeughersteller sehen in der Brennstoffzelle den technischen Hoffnungsschimmer und haben brennstoffzellenbetriebene Prototypen entwickelt. Die Palette reicht vom Motorroller über Mittelklasse-PKWs bis hin zu großen Bussen.
Mittlerweise ist die Technik recht ausgereift und würde auch Alltagsbedingungen standhalten. Dass noch keine Brennstoffzellenautos im Straßenverkehr zu sehen sind, liegt weniger an technologischen Problemen als vielmehr an der fehlenden Wasserstoff-Infrastruktur.
Viele Umweltnachteile, die sonst mit dem Automobil assoziiert werden, vor allem der stinkende Auspuff, werden bei Brennstoffzellenautos passé sein. „Nur Wasser aus dem Auspuff“, das ist der Spruch der Autobranche. In zwei Aspekten kann die Brennstoffzelle ökologisch vor allem punkten: bei Emissionen und bei der Effizienz. Allerdings machen Brennstoffzellen-Antriebe erst dann ökologisch richtig Sinn, wenn der Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt wird.
Einer allzu raschen Einführung von wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenautos stehen, wie so oft, die Kosten entgegen. Ein Liter unversteuertes Benzin kostet so viel wie ein Brötchen oder eine Flasche billigen Mineralwassers. Das ist die strenge Messlatte für künftige Kraftstoffe. Schon Wasserstoff aus Erdgas kostet deutlich mehr. Solarer Wasserstoff ist noch teurer. Nicht nur der Kraftstoff selbst, auch der Aufbau einer Infrastruktur muss bezahlt werden: ein Netz von Tankstellen, eine neue Logistik und zusätzliche Produktionszentren. Weltweit werden die Kosten für den Aufbau der Infrastruktur auf Billionen Euro geschätzt. Der Aufbau der Infrastruktur ist ein typisches Henne-Ei-Problem. Wer investiert diese Summen, wenn es nur wenige Wasserstoff-Mobile gibt? Und wer kauft sich ein Brennstoffzellen-Auto, wenn er die Tankstellen mühsam auf der Landkarte suchen muss?
Brennstoffzellen und eneuerbare Energien
Natürlich ist der Betrieb von Brennstoffzellen mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen wünschenswert. Dies kann heute in Modellprojekten verwirklicht werden. Der so erzeugte Wasserstoff ist aber noch sehr teuer. Außerdem entstehen Umwandlungsverluste durch die Wasserstofferzeugung und den möglichen Transport zur Brennstoffzelle.
Ein großer Vorteil wäre aber eine gleichmäßigere Nutzung erneuerbarer Energien wie Windkraft oder Photovoltaik. Der erzeugte Strom wird derzeit direkt ins Stromnetz eingespeist und muss genutzt werden. Eine Anpassung an den Strombedarf findet durch fossile Kraftwerke statt. Nimmt das Angebot erneuerbar erzeugten Stroms in Zukunft weiter zu, muss dieser in geeigneter Form gespeichert werden können. Diese Aufgabe können Druckluftspeicher unter der Erde oder Batterien in geringem Umfang übernehmen. Die Erzeugung von Wasserstoff als Energiespeicher ist eine interessante Alternative. Man erhofft sich in der Zukunft eine breite regenerative Erzeugung von Wasserstoff, der effizient transportiert und gespeichert werden kann.
Die Brennstoffzelle stellt also das Bindeglied zwischen einer effizienten Erzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien dar. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil die Verwendung von Brennstoffzellen mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff besonders effizient ist. So besitzt die Energiekette Solarstrom - Wasserstoff - Brennstoffzellen-Pkw einen besseren Wirkungsgrad als die Kette Solarstrom - Stromnetz - Batterie - Elektro-Pkw.
Ähnliches gilt für den Bereich Biomasse. Heute wird Biomasse in der Regel direkt verbrannt oder zu Biogas vergoren, das dann ebenfalls als Brennstoff dient. In neu entwickelten mikrobiellen Brennstoffzellen, auch Bio-Brennstoffzellen genannt, verarbeiten Bakterien Biomasse wie Klärschlamm oder Bio-Abfälle direkt zu Strom. Unter diesen Bedingungen ist die Stromproduktion umweltfreundlicher und weist eine bessere Umweltbilanz auf als die aktuelle, als klimaneutral geltende Biomassenutzung.
