Der kontrollierte Knall – In Brennstoffzellen entsteht aus Sauerstoff und Wasserstoff Strom

Die Idee ist gut 160 Jahre alt: So wie man Energie benötigt, um Wasser (H₂O) in seine Bestandteile Sauerstoff (O₂) und Wasserstoff (H₂) zu zerlegen, lässt sich umgekehrt Energie gewinnen, wenn die beiden Gase sich in der so genannten Knallgasreaktion zu H₂O vereinigen. An die kleine Explosion im Chemiesaal wird sich mancher aus seiner Schulzeit erinnern.

1839 baute der Engländer Sir William Grove eine Apparatur, in der Sauerstoff und Wasserstoff miteinander reagierten, ohne zu explodieren und dabei Strom erzeugten. Im Zeitalter der Dampfmaschinen blieb das zunächst ein kurioses Experiment ohne praktische Folgen. Inzwischen aber gilt diese Art der Energiegewinnung als Zukunftstechnologie.

In Brennstoffzellen unterschiedlicher Bauweise können Wissenschaftler und Ingenieure die Kraft der Knallgasreaktion kontrollieren. Das Prinzip ist stets dasselbe: Auf der einen Seite der Brennstoffzelle, der Kathode, wird Wasserstoff (H₂) in Protonen und Elektronen zerlegt. Durch eine dünne Membran können nur die Protonen auf die andere Seite der Zelle, die Anode, gelangen. Für die Elektronen ist die Barriere unpassierbar.

Verknüpft man Kathode und Anode, bewegen sich die negativ geladenen Elektronen zur positiv geladenen Seite. Es fließt Strom, der beispielsweise einen Elektromotor antreiben kann. An der Anode verbinden sich dann Protonen, Elektronen und Sauerstoff zu Wasser – ein für die Umwelt unbedenkliches Abfallprodukt.

Die ökologisch korrekte Lösung für die Gewinnung von Wasserstoff wäre die Spaltung von Wasser mittels Sonnenenergie. Doch da der massenhafte Einsatz der Photovoltaik auf sich warten lässt, werden doch wieder fossile Energiequellen verwendet, um Wasserstoff herzustellen.

Dazu wird der Brennstoffzelle ein so genannter Reformer vorgeschaltet. Er zerlegt Kohlenwasserstoffe – etwa das im Erdgas enthaltene Methan oder den Alkohol Methanol – in Wasserstoff und Kohlendioxid. So trägt auch diese Form der Energiegewinnung zum Treibhauseffekt bei.

Pro Kilometer produziert ein Brennstoffzellen-Auto allerdings weniger Treibhausgas als ein Benzinfahrzeug. Denn die Energieausbeute (Wirkungsgrad) von Brennstoffzellen beträgt bis zu 70 Prozent. „Das bezieht sich allerdings nur auf die Zelle selbst“, schränkt Ingenieur Thomas Grube ein, der am Forschungszentrum Jülich solche Vergleichsrechnungen anstellt. „Bezogen auf das ganze Fahrzeug ist er weit geringer.

Für Autos, die mit Methanol fahren, rechnen wir mit einem Wirkungsgrad von 30 Prozent im Jahr 2010.“ Damit stünden diese nur um etwa fünf Prozent besser da, als es für vergleichbare Fahrzeuge mit modernem Verbrennungsmotor zu erwarten ist.

Quelle: Wiebke Roegener, Süddeutsche Zeitung 02.06.2000