Aus WikiSchool

Dieser Beitrag ist ein Referat und wurde unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation veröffentlicht.

Autor: Robert Pfau
Jahr: {{{JAHR}}} / Klasse {{{KLASSE}}}
Fach: T
Erreichte Punktzahl: 15
Schule: Realschule Überlingen(9. Klasse)

Inhaltsverzeichnis

1 Die Brennstoffzelle
2 Wasserstoff
3 Sonstige Treibstoffe=

Die Brennstoffzelle

In der heutigen Welt spielen Energieprobleme und deren Lösung eine große Rolle, ein Versuch die Energieprobleme zu lösen ist die Brennstoffzelle. Sie wandelt chemische Energie in elektrische Energie 1:1 um was einen enormen Wirkungsgrad bedeutet. Die Bedeutung der Brennstoffzelle ist in den letzten Jahren gestiegen, da sie immer effizienter und immer kleiner wird und so auch für den zivilen Bereich attraktiv werden kann.

Die Geschichte der Brennstoffzelle

Im Jahre 1839 entdeckte der walisische Physiker und Jurist „Sir William Robert Grove“ (1811-1896) die Funktionsweise der Brennstoffzelle, zu dieser Zeit gab es noch keinen Verbrennungsmotor. Der erste Prototyp bestand aus zwei Platinelektroden die von je einem Glaszylinder umschlossen waren und in verdünnte Schwefelsäure getaucht wurden. Die Schwefelsäure diente als Elektrolyt und stellte die elektrische Verbindung her. In einem der Glaszylinder befand sich Sauerstoff, im anderen der Wasserstoff. Die Spannung an den Elektroden war jedoch sehr gering, so dass er mehrere Brennstoffzelle hintereinander schalten musste. Seine Erfindung taufte er die „Galvanische Gasbatterie“. In einem damaligen Journal veröffentlichte er folgende Erklärung:

"Haben wir ein galvanisches Element, welches aus Kohle und dem Sauerstoff der Luft unmittelbar elektrische Energie liefert ..., dann stehen wir vor einer technischen Umwälzung, gegen welche die bei der Erfindung der Dampfmaschine verschwinden muss. Denken wir nur, wie ... sich das Aussehen unserer Industrieorte ändern wird! Kein Rauch, kein Ruß, keine Dampfmaschine, ja kein Feuer mehr ... ."

Fast 100 Jahre lang wurde es ruhig um die Brennstoffzelle, da die meisten von Groves Apparaten eine zu geringe Leistung hatten und es kaum regenerative Energien gab erhielt sie keinen Anklang. Erst in den 50er Jahren wurde sie, obwohl sie von ihrer Entwicklung an stetig weiterentwickelt wurde, wieder interessant da die Amerikanische Raumfahrtbehörde NASA nach einer geeigneten Energiequelle für Satteliten und die beiden Raumfahrtprogramme Gemini und Apollo suchte. Später machte auch das Militär von der Brennstoffzelle Gebrauch und nutzt sie unter anderem für den emissionslosen und geräuschfreien Antrieb von Elektromotoren in U-Booten. Auch die Industrie und Energieversorger entdeckten inzwischen die Brennstoffzelle für sich. Mittlerweile gibt es in Japan sogar schon riesige Anlagen mit 11 Megawatt Leistung.

Grundprinzip/Aufbau der Brennstoffzelle

Das Grundprinzip einer Brennstoffzelle ist relativ einfach zu erklären. Zunächst braucht man einen Treibstoff, in diesem Fall einen Wasserstoff- und einen Sauerstofflieferanten. Dieser wird über Rohre oder Schläuche von beiden Seiten in den Elektrolyten geleitet welcher mit einem Stromkreis verbunden ist, die Brennstoffzelle ist also der Stromlieferant.

An der Anode also + Pol geschieht mit dem Wasserstoff folgendes:

Der molekulare Wasserstoff H2 teilt sich im Vorraum des Elektrolyten den Katalysator in den atomaren Wasserstoff. Praktisch gleichzeitig gibt der atomare Wasserstoff seine Elektronen aus der Atomhülle ab, der Kern, also ein Proton wandert langsam durch den Elektrolyten zur Kathode. Die Elektronen wandern zur Anode.

An der Kathode also - Pol geschieht folgendes:

Beim Eintritt der Elektronen in die Anode bewirken sie einen elektrischen Stromfluss aufgrund eines Elektronenüberschusses und versorgen einen Verbraucher mit Strom. Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül. Die negativ geladenen Sauerstoff-Ionen werden von den positiv geladenen Protonen aufgrund ihrer Ladung angezogen und oxidieren zu Wasser welches aus dem Kreislauf entfernt wird. Somit bleibt nichts übrig außer reinstem Wasser.

In den meisten Brennstoffzellentypen laufen die Prozesse aufgrund anderer Elektrolyten und unterschiedlichen Anoden und Kathodengasen leicht abgewandelt ab.

Membran-Brennstoffzelle - PEM-FC

Die Membran Brennstoffzelle, oder auch PEM-FC genannt ist der wahrscheinlich vom Prinzip her einfachste Brennstoffzellentyp. Anhand dieses Typs wird meist das Prinzip der Brennstoffzelle erklärt. Der Name PEM-FC steht für Polymer-Elektrolyt-Membran-Fuel-Cell. Sie ist von ihrer Handhabung her die unkomplizierteste Brennstoffzelle die es gibt. Sie bietet bei geringen Gewicht die höchste Leistungsdichte und benötigt nur reinen Wasserstoff kann also auch mit Luft betrieben werden was einen enormen Vorteil gegenüber anderen Brennstoffzellentypen bietet. Empfindlich reagieren sie allerdings auf Kohlenstoffmonoxid welches den Anodenkatalysator ruiniert. Die PEM-FC ist eine Niedrigtemperaturzelle und arbeitet bei Temperaturen von 80-90 C° was sie auch für den mobilen Einsatz attraktiv macht.

Exakte Funktionsweise:

1.In zwei Kreisläufen wandern reiner Wasserstoff und Luft in den Katalysator. 2.Der Wasserstoff (H2) wird in atomaren Wasserstoff zerlegt wobei jedes H Atom sein Elektron abgibt und der Kern also H+ durch den Elektrolyten die Proton-Exchange-Membran zur Kathodenseite wandert. 3.Elektronen treten in die Anode ein und bewirken einen elektrischen Stromfluss mit dem man einen Verbraucher versorgen kann. 4.An der Kathode rekombinieren 4 Elektronen mit einem Sauerstoffmolekül zu Sauerstoff-Ionen. 5.Da der Sauerstoff nun negativ und die Wasserstoffprotonen positiv geladen sind, ziehen sich diese „magisch“ an. Die Wasserstoff-Ionen geben ihre Elektronen an die Wasserstoffprotonen ab und oxidieren zu Wasser.

Reaktionsgleichung:

Anode: 2H2 => 4H+ + 4e- Kathode: O2 + 4e- => 2 O2- Gesamtreaktion: 2H2 + O2 => 2 H2O

Will man eine höhere Leistung erzielen so kann man mehrer Brennstoffzellen hintereinanderschalten, so eine Schaltung nennt man einen Stack. Ein weiterer Vorteil ist der Preis von 100EUR pro kW.

Technische Daten:

Name: PEM-FC, PolymerElectrolytMembran Fuel Cell Arbeitstemperatur: 80-90 C° Primärbrennstoff: H2 Oxidans: O2, Luft Elektrolyt: Polymermembran Elektrodenmaterial: Nickel Katalysatormaterial: Platin, Platin-Ruthenium Leistung: 250 kw Elektrischer Wirkungsgrad Theoretisch: 85% Praktisch: 60% Besonderheiten: Empfindlich gegen CO,

Anwendungsgebiete:

Die PEM-Brennstoffzelle ist sehr flexibel in der Anwendung, vom Mobiltelefon über Kraft- Wärme-Kopplungsanlagen bis zu Fahrzeugantrieben. Sie eignet sich für Autos, Kleinbusse, Taxis und sogar Regionalzüge die dann keine Oberleitung mehr brauchen.

Alkalische Brennstoffzelle - A-FC

Die alkalische Brennstoffzelle ist nach Groves Prototypen der älteste Brennstoffzellentyp den es gibt. Er ist für den zivilen Bereich fast ungeeignet da sie das einzige Modell ist das hochreinen Treibstoff benötigt. Sie findet auch heute noch, in der Raumfahrt und bei U-Boot-Antrieben Verwendung. Als Elektrolyt wird eine 30%ige Kalilauge verwendet, diese verträgt sich aber mit CO und CO2 nicht gut da eine Zersetzung bei Kontakt stattfindet, deshalb muss auf die extreme Reinheit der Anoden, -und Kathodengase geachtet werden. Durch die niedrigen Betriebstemperaturen (60-120 °C) und die vergleichsweise niedrige Korrosivität der Kalilauge entstehen bei der AFC keine Materialprobleme. Exakte Funktionsweise: 1.In zwei Kreisläufen wandern reiner Wasserstoff und Luft an den Katalysator. 2.Der Wasserstoff (H2) wird in atomaren Wasserstoff zerlegt wobei jedes H Atom sein Elektron abgibt und der Kern also H+ durch den Elektrolyten zur Kathodenseite wandert. 3.Elektronen treten in die Anode ein und bewirken einen elektrischen Stromfluss mit dem man einen Verbraucher versorgen kann. 4.An der Kathode rekombinieren 4 Elektronen mit einem Sauerstoffmolekül zu Sauerstoff-Ionen 5.Die entstandenen Sauerstoff-Ionen reagieren mit Wasser zu Hydrooxid-Ionen. 6.Die Hydrooxid-Ionen wandern in den Elektrolyten (Kalilauge) zur Anode und reagieren dort mit den H+ Ionen zu Wasser. Reaktionsgleichung: Anode: 2H2 => 4H+ + 4e- Kathode: 2 O2- + H2O => 4 OH- + 4 H+ => 4 H2O Gesamtreaktion: 2 H2 + O2 => 2 H2O Technische Daten: Name: A-FC, Alkaline Fuel Cell Arbeitstemperatur: 60-120 C° Primärbrennstoff: H2 Oxidans: O2, Luft Elektrolyt: Kalilauge Elektrodenmaterial: Nickel, Ruthenium oder Silber Katalysatormaterial: Platin, Palladium Leistung: 2000 kW Theoretisch: 85% Elektrischer Wirkungsgrad Praktisch: 60% Besonderheiten: Empfindlich gegen CO2 Anwendungsgebiete: A-FC’s werden heute in Spaceshuttlemissionen und früher bei Gemini und Apollo Missionen verwendet da große Mengen reinen Wasserstoffs benötigt werden und das war im Raumschiff in Massen verfügbar

Direktmethanol Brennstoffzelle - DMFC

Die DMFC (Direct Methanol Fuel Cell, Direktmethanolbrennstoffzelle) ist eine Weiterentwicklung der PEM-FC, die ohne Reformation direkt mit Methanol als Brennstoff betrieben werden kann. Zum Protonenübergang dient wie bei der PEM-FC eine Polymermembran. Die DMFC ist insbesondere interessant für Fahrzeugantriebe, da zum Betrieb kein Reformer notwendig ist, was Volumen und Gewicht spart. Die Leistungsdichte ist aufgrund noch bestehender konstruktiver Probleme niedriger als bei der PEMFC und auch der Wirkungsgrad reicht nicht an den der PEMFC heran. Exakte Funktionsweise: 1. In zwei Kreisläufen werden Methanol und Wasser zur Anode und Sauerstoff oder Luft zur Kathode geleitet. 2. Das Wasser reagiert mit dem Methanol zu Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff. CH3OH + H2O => CO2 + 3H2 3. Der Wasserstoff wird durch den Katalysator in 2 H+ Ionen gespalten wobei jedes Wasserstoffatom sein Elektron abgibt. 4. Die Protonen wandern durch die protonenleitende Polymermembran zur Kathode. 5. Die Elektronen fließen von der Anode zur Kathode und bewirken einen elektrischen Stromfluss. An der Kathode rekombinieren sich 4 Elektronen mit je einem O2 – Molekül. 6. Die entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen, und werden von den Wasserstoffprotonen „magisch“ angezogen und reagieren zu Wasser. Technische Daten: Name: DM-FC, Direct Methanol Fuel Cell Arbeitstemperatur: 40-130 C° Primärbrennstoff: Methanol Oxidans: O2, Luft Elektrolyt: Polymermembran Elektrodenmaterial: Nickel Katalysatormaterial: Platin, Platin-Ruthenium Leistung: Unbekannt, da noch in Entwicklung Theoretisch: 65% Elektrischer Wirkungsgrad Praktisch: 40% Besonderheiten: Attraktiv für Mobile Lösungen da H2 Produktion entfällt Anwendungsgebiete: Die DM-FC ist ideal für mobile Anwendungen und kleinere Autos, da sie extra für solche Anwendungen entwickelt wurde.

1.6 Phosphorsäure Brennstoffzelle

Die Phosphorsäure Brennstoffzelle ist der modernste Brennstoffzellentyp, er hat das größte technologische und wirtschaftliche Potenzial. Als Elektrolyt wird konzentrierte wasserfreie Phosphorsäure als Gel in einem porösem Kunststoffvlies verwendet. Die Säure erlaubt die Verwendung von CO2-haltigen Gasen, da CO2 nicht mit Säure reagiert. Daher ist die PAFC auch für aus Kohlenwasserstoffen gewonnenes Brenngas geeignet, da der CO2-Anteil nicht gereinigt werden muss. Vorteile der PAFC sind die Flexibilität gegenüber den eingesetzten Brennstoffen sowie die große vorhandene Betriebserfahrung mit diesem System. PA-Brennstoffzellen sollen bei MTU in Friedrichshafen produziert werden. Exakte Funktionsweise: 1. In zwei Kreisläufen getrennter Wasserstoff und Sauerstoff werden über Leitungen an den Elektrolyten geleitet. 2 Im Katalysator werden die H2 Moleküle in H+ Ionen aufgespaltet wobei die Elektronen abgegeben werden. 3. Die Protonen wandern durch den Elektrolyten (hochkonzentrierte Phosphorsäure) zur Kathode. 4. Die Elektronen wandern zur Kathodenseite und dort rekombinieren sich vier Elektronen mit einem O2 – Molekül. 5. Die entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und oxidieren mit den durch den Elektrolyten gewanderten Protonen zu Wasser. Technische Daten: Name: PA-FC , Phosphor Acid Fuel Cell Arbeitstemperatur: 130-220 C° Primärbrennstoff: H2, Methan, Biogas, Erdgas Oxidans: O2 Elektrolyt: Phosphorsäure, H3PO4 Elektrodenmaterial: Edelmetalle Katalysatormaterial: Palladium Leistung: 11 MW Theoretisch: 65% Elektrischer Wirkungsgrad Praktisch: 40% Besonderheiten: Für große Kraftwerke interessant, CO empfindlich, Temperatur darf nicht unter 42°C fallen Anwendungsgebiete: PA-FC’s wurden für den Stationären Einsatz geplant und gebaut, und werden auch dort verwendet.

1.7 Schmelzkarbonat Brennstoffzelle

Molton Carbonat Fuel Cells werden für den stationären Einsatz entwickelt. Da Temperaturen von bis zu 700°C sind nicht für den mobilen Einsatz eignen . Im Bereich der Kraft/Wärmekoppelung werden diesem Typ große Chancen eingeräumt. Sie arbeitet mit einer flüssigen alkalischen Karbonatschmelze als Elektrolyten. Fixiert ist die Mischung aus 68% Li2CO3 und 32 % K2CO3, in einer hochporösen keramischen Matrix. Durch die Integration des CO2 in die Zellreaktion kann die MC-FC gut zur Verstromung kohlenstoffhaltiger Brenngase (Erd-, Kohle- und Biogas) genutzt werden. Exakte Funktionsweise: 1. In zwei Kreisläufen getrennter Wasserstoff an der Anode und Kohlenstoffdioxid + Sauerstoff an der Kathodenseite wandern in den Katalysator. 2. Im Katalysator werden auf der Anodenseite die H2 Moleküle in H+ Ionen aufgespalten wobei die Elektronen abgegeben werden. 3. Die Protonen bleiben auf der Anodenseite. 4. Die Elektronen wandern zur Kathodenseite und dort rekombinieren sich vier Elektronen mit einem O2 – Molekül. 5. Die entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und verbinden sich mit CO2 zu Karbonat-Ionen CO3- 6. Die Karbonat-Ionen wandern durch den Elektrolyten zu Anodenseite wo sie durch ihre negative Ladung sich mit den Protonen verbinden und ein Sauerstoffatom abgeben. 7. Es entsteht wieder Wasser und CO2, wobei das CO2 wiederverwendet werden kann. Technische Daten: Name: MC-FC, Molton Carbonat Fuel Cell Arbeitstemperatur: 560-700 C° Primärbrennstoff: H2, Erdgas, Kohlegas, Biogas Oxidans: Luft und CO2 Elektrolyt: Schmelze aus Alkalikarbonaten (Li2CO3, K2CO3) Elektrodenmaterial: Nickel und Nickeloxid Katalysatormaterial: Platin Leistung: 2,2 MW Theoretisch: 80% Elektrischer Wirkungsgrad Praktisch: 50-60% Besonderheiten: Für große Kraftwerke interessant, unempfindlich gegenüber Verschmutzung wegen hoher Temperaturen Anwendungsgebiete: Sie werden für den Stationären Einsatz entwickelt und sind praktisch nur in großen Anlagen rentabel.

Oxidkeramische Brennstoffzelle

Die Oxidkeramische Brennstoffzelle ist eine Hochtemperaturzelle und arbeitet meist im Bereich von 880-950°C da eine ausreichende Leitfähigkeit von Sauerstoff-Ionen (O2-) durch den Elektrolyten erforderlich ist. Aufgrund der hohen Temperatur können außerdem auch Kohlenwasserstoff haltige Materialien wie Erdgas verwendet werden. Als Elektrolyt wird eine gasdichte keramische Festelektrolyt-Folie, z.B. yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid verwendet. Exakte Funktionsweise: 1. In zwei getrennten Kreisläufen wandern Wasserstoff und Sauerstoff an der Anoden und Kathodenseite vom Gasraum in den Katalysator. 2. Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab. 3. Die Elektronen wandern von der Anode zur Kathode und bewirken einen Stromfluss. 4. Je vier Elektronen rekombinieren mit dem Sauerstoff O2 zu O2- also Sauerstoff-Ionen. 5. Die Ionen wandern durch den Elektrolyten zur Anode und reagieren mit je zwei Protonen zu Wasser. Technische Daten: Name: SO-FC, Solid Oxid Fuel Cell Arbeitstemperatur: 800-1000 C° Primärbrennstoff: H2, Methan, Kohlegas Oxidans: Luft und CO2 Elektrolyt: Yttriumdotiertes Zirkoniumdioxid (Zr[Y]O2) Elektrodenmaterial: Nickel Katalysatormaterial: Palladium, Leistung: 100 kW bis 3 MW Theoretisch: 80% Elektrischer Wirkungsgrad Praktisch: 50-60% Besonderheiten: Für große Kraftwerke interessant unempfindlich gegenüber Verschmutzung wegen hoher Temperaturen und der Elektrolyt ist fest. Anwendungsgebiete: Nur für große Kraftwerke interessant, da sehr hohe Temperaturen erreicht werden.

Vorteile der Brennstoffzelle

Es gibt viele Vorteile von Brennstoffzellen: Brennstoffzellen sind vielseitig einsetzbar, zum Beispiel in Autos, Blockheizkraftwerken, mobile Lösungen für Handys oder Laptops, in der Raumfahrt und beim Militär. Da sie sehr flexibel sind was die Form angeht können sie fast überall eingesetzt werden. Hinzu kommt dass Brennstoffzellen praktisch unendlich lange eingesetzt werden können da sie einen extrem geringen Verschleiß haben. Bis auf die Direkt-Methanol Brennstoffzelle stößt keiner der Brennstoffzellentypen CO2 aus, deshalb wäre die Brennstoffzelle die ideale Lösung für alle Treibhauseffektprobleme die es gibt. Durch Elektrolyse gewonnener Wasserstoff ist in praktisch unbegrenzten Mengen in den Meeren vorhanden. Der größte Vorteil ist allerdings der höhere Wirkungsgrad, bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffe hat man effektiv nur einen Wirkungsgrad von maximal 35%, bei der Brennstoffzelle können Wirkungsgrade von theoretisch 85% erreicht werden. In der Praxis sieht das aber anders aus, bisher wurden maximal Wirkungsgrade von 65% erreicht.

Nachteile der Brennstoffzelle

Der wohl größte Nachteil der Brennstoffzelle sind die enormen Anschaffungskosten pro kW Leistung, diese betragen bei manchen Typen bis zu 1200€/kW Leistung. Die durchschnittlichen Anschaffungskosten für eine Brennstoffzelle die in Blockheizkraftwerken eingesetzt werden betragen 3000€. Die effektiven Kosten für Strom aus Brennstoffzellen sind noch zirka 40 mal so hoch wie Strom aus dem Festnetz. Ein weiterer Nachteil ist die Sicherheit der Tanks, irgendwo muss man ja auch den Brennstoff speichern. Die Tanks an sich sind durch neue Verbundsstoffe und jahrelange Crashtests sicher geworden. Trotzdem ist das Vertrauen der Verbraucher geschwächt, da man im Falle eines Unfalls trotz Hightechtanks nie ganz sicher sein kann.

Wasserstoff

Eigenschaften und Daten des Wasserstoffs

Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses und vollkommen ungiftiges Gas. Sein spezifisches Gewicht ist 0,0899 g/l (Luft ist 14,4 mal so schwer). Wasserstoff siedet bei -252,77°C. Flüssigwasserstoff hat ein spezifisches Gewicht von 70,99 g/l. Damit hat Wasserstoff von allen Brenn- und Treibstoffen die höchste massebezogene Energiedichte: 1 kg Wasserstoff enthält ebensoviel Energie wie 2,1 kg Erdgas oder 2,8 kg Benzin. Die volumenbezogene Energiedichte von flüssigem Wasserstoff beträgt etwa 1/4 derjenigen von Benzin und etwa 1/3 derjenigen von Erdgas. Der Gewichtsanteil von Wasserstoff an Wasser beträgt 11,2 %.

Physikalische Daten:

Allgemeine Daten:

Name: Wasserstoff, Hydrogenium Herkunft Name: Griech. Hydro- (Wasser) genium (Bildner) Gruppe: Nichtmetall Chemisches Zeichen: H Formen: Atomar – H , Molekular – H2 Normalzustand: Gasförmig Protonenzahl: 1 Neutronenzahl: 0 Elektronenzahl: 1 Atommasse: 1.00794

Elektronische Daten:

Schalen: 1 Orbitale: 1s1 Elektronegativität: 2.2 , 2.1 1. Ionisierungspotential: 13.5984 eV 2. Ionisierungspotential: -- 3. Ionisierungspotential: -- Oxydationszahlen: 1, -1 Leitfähigkeit: Keine Thermische Daten: Schmelzpunkt: -255.34 °C Siedepunkt: -252.77 °C Spezifische Wärme: 14.304 J/gK Schmelzwärme: 0.05868 kJ/mol Vaporisationswärme: 0.44936 kJ/mol Thermo-Leitfähigkeit: 0.001815 W/cmK

Sterische Daten:

Atomradius: 0.79 Å Ionenradios: 1.54 Å Kovalenzradius: 0.32 Å Atomvolumen: 14.4 cm³/mol Dichte: 0.00008988 g/cm³ Kristallstruktur: Hexagonal Isotope: Der Kern des Wasserstoffs, besteht nur aus einem Proton. Fängt dieses Proton ein Neutron ein, verdoppelt sich dessen Masse: Man spricht vom "schweren Wasserstoff", auch Deuterium genannt. Mit einem weiteren Neutron wird die Masse noch einmal vergrößert, man spricht vom "superschweren Wasserstoff" (Tritium). Nuklid Häufigkeit in % Masse Spin Halbwertszeit Zerfallsmodus 1H 99.984 1.0078 1/2 -- Stabil 2H 0.0156 2.0141 1 -- Stabil 3H 0 3.016 1/2 13 Minuten ß-

Produktion

Weltweit werden ca. 500 Milliarden m3 Wasserstoff im Jahr produziert. Dieser Wasserstoff wird aber nicht zur Energiegewinnung verwendet, sondern nur in der Chemischen Industrie eingesetzt. Wasserstoff kommt in der Natur nur in gebundener Form vor (Wasser, Erdgas, Erdöl, Zucker, Fette, Eiweiße). Er lässt sich nicht wie Erdöl und Kohle fördern, er ist aus anderen chemischen Verbindungen herzustellen. Man spricht deshalb von einem Sekundärenergieträger. Das beste Beispiel für eine Wasserstoff- Verbindung ist natürlich Wasser. Zwei Wasserstoff-Atome und ein Sauerstoff-Atom bilden zusammen Wasser. Aber es gibt noch viele andere Stoffe, in denen Wasserstoff enthalten ist. Die meisten organischen Verbindungen sind eine Kombination aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Ein Beispiel hierfür ist Erdgas (Methan), das aus einem Kohlenstoff-Atom und vier Wasserstoff-Atomen besteht. Pflanzen bestehen aus organischen Verbindungen, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Biomüll, Pflanzenabfälle, Restholz oder eigens dafür angebaute Pflanzen wie Raps oder spezielle Gräser, ganz allgemein Biomasse, bestehen zum größten Teil aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Unabhängig vom Ausgangsstoff ist Wasserstoff über einen Herstellungsprozess zu gewinnen. Hierfür wird Energie benötigt. Vorteilhaft bei der Nutzung von Wasserstoff ist, dass die Energie zu seiner Gewinnung nicht unbedingt aus fossilen Energieträgern stammen muss. Auch Windenergie, Solarenergie oder Wasserkraft können hierfür verwendet werden.

Chemische Produktion:

Von den weltweit umgesetzten etwa 500 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff stammt der weitaus größte Teil aus fossilen Quellen (Erdgas, Erdöl) bzw. fällt in der chemischen Industrie als Nebenprodukt-Wasserstoff aus chemischen Prozessen an. Besonders viel Wasserstoff fällt etwa bei der Chlor-Alkali- Elektrolyse und bei Rohölraffinerieprozessen an. Fossile Brennstoffe wie Erdgas, Erdöl oder Methan CH4 werden z.B. durch Dampfreformation in Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid zerlegt, Methan: CH4 + H2O => CO + 3 H2 Danach wird allerdings das entstandene giftige CO mit Wasserdampf zu CO2 konvertiert. Für diese Art der Wasserstoffgewinnung eignen sich die bestehenden Öl- und Erdgasraffinerien nahezu perfekt, denn in den Raffinerien können Kohlenstoff und Wasserstoff einfach voneinander getrennt werden. Für eine Massenproduktion, die für eine ausreichende Versorgung mit Wasserstoff notwendig ist, kann man die Chemische Produktion nicht einsetzen da erstens viel zu viele fossile Brennstoffe verschwendet werden und zweitens wieder CO2 anfällt was man mit einer Brennstoffzelle eigentlich verhindern will. Man kann den Wasserstoff aber auch direkt an der Brennstoffzelle produzieren, dies geschieht durch Reformer die vor die Brennstoffzelle geschaltet werden müssen.

Kleine Reformer

Um Wasserstoff aus Erdgas vor Ort in Häusern zu produzieren gibt es kleine Reformer, diese werden vor die Brennstoffzelle geschalten und geben kontinuierlich Wasserstoff an die Brennstoffzelle ab. Diese kleinen Reformer können aber nur bei Brennstoffzellen eingesetzt werden die CO und CO2 unempfindlich sind.

Die Dampfreformierung

Unter Dampfreformierung versteht man die endotherme katalytische Umsetzung von leichten Kohlenwasserstoffen (Methan bis Benzin) mit Wasserdampf. Diese Prozesse laufen großtechnisch üblicherweise bei Temperaturen von 850 °C und Druckverhältnissen von etwa 2,5 bar ab. Es entstehen im Umsetzungsprozess Wasserstoff und Kohlendioxid, sowie Methan und Kohlenmonoxid. Kohlenmonoxid wird zum großen Teil in der sogenannten "Shift- Reaktion" mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Das Kohlendioxid und die anderen unerwünschten Bestandteile werden anschließend durch Adsorption oder Membranabtrennung aus dem Gasgemisch entfernt. Das abgetrennte Restgas mit ca. 60 % brennbaren Anteilen (H2, CH4, CO) wird zusammen mit einer Teilmenge des Einsatzgases zur Befeuerung des Reformers verwendet. Die großtechnische Wasserstofferzeugung wird in Dampfreformierungsanlagen mit üblichen Kapazitäten von 100.000 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde durchgeführt.

Partielle Oxidation

Unter partieller Oxidation versteht man die thermische Umsetzung schwerer Kohlenwasserstoffe (z.B. Rückstandsöle aus der Erdölverarbeitung oder Diesel) mit Sauerstoff und teilweise zusätzlich mit Wasserdampf. Die Sauerstoff- und Wasserdampfmengen werden so bemessen, dass die Vergasung ohne äußere Energiezufuhr erfolgt. Der so entstandene Wasserstoff kann dann weiter verwendet werden.

Moderne Verfahren

Neue Verfahren erlauben, Wasserstoff unter Einsatz von Elektrizität aus Erdgas, potentiell CO2-frei zu erzeugen. Seit Anfang der achtziger Jahre entwickelt die KVAERNER ENGINEERING aus Norwegen den Plam-Bogenprozeß, der Kohlenwasserstoffe bei ca. 1600°C in Reinstkohle und Wasserstoff trennt. Zu diesem Prozess, bei dem selbst keine nennenswerten Emissionen auftreten, sind neben dem Primärenergieträger (Erdgas oder Öl) Kühlwasser und Elektrizität notwendig.

Elektrolyse

Allgemeines zur Elektrolyse

Die Elektrolyse ist unter den verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser heute und auf absehbare Zeit das einzige Verfahren von praktischer Bedeutung. Die Wasserelektrolyse wird in ihrer konventionellen Form, der alkalischen Elektrolyse, seit über 80 Jahren kommerziell eingesetzt. Da elektrolytisch erzeugter Wasserstoff indirekt über den Energieträger 'Strom' hergestellt wird, ist dies nur an den Stellen in der Welt wirtschaftlich, wo Strom extrem kostengünstig erzeugt werden kann. Dies ist fast ausschließlich in großen Solarparks und riesigen Wasserkraftwerken der Fall (z.B. in Ägypten, Libyen, Tunesien, Arabischen Emiraten, England, Norwegen).

Funktionsweise

Wasser wird mittels zwei Elektroden an die eine Spannung angelegt ist in seine Bestandteile zerlegt. An der negativ geladenen Kathode entsteht Wasserstoff und an der positiv geladenen Anode Sauerstoff. Die Elektroden sind durch einen Seperator getrennt, damit sich die entstehenden Gase nicht vermischen.

Wasserelektrolyse

In Wasser werden zwei Elektroden getaucht und Spannung angelegt, dabei geschieht das exakte Gegenteil wie bei der Brennstoffzelle. Bei der Brennstoffzelle steckt man Wasserstoff und Sauerstoff hinein und erhält Wasser, Strom und Wärme. Bei der Elektrolyse steckt man Strom hinein und erhält Wasserstoff und Sauerstoff. An der negativ geladenen Kathode entsteht Wasserstoff und an der positiv geladenen Anode Sauerstoff. Die Elektroden sind durch einen ionenleitenden Elektrolyten getrennt, damit sich die entstehenden Gase nicht vermischen.

Hochdruckwasserelektrolyse

Die Hochdruckwasserelektrolyse läuft exakt gleich ab, durch den erhöhten Druck wird der elektrische Aufwand aber verringert. Hochtemperaturelektrolyse: Läuft wieder exakt ab wie die Wasserelektrolyse, nur wird durch höhere Temperaturen (800-1000°C) wieder der elektrische Aufwand verringert. Wirkungsgrade von 85-95% können erreicht werden.

Biologisch

Wasserstoff kann auch auf biologische Art hergestellt werden, diese Methoden sind noch nicht für die Industrie verfügbar, aber in Zukunft denkbar. Man unterscheidet Methoden zur Wasserstofferzeugung aus fester Biomasse (z.B. in Form aus Anbau, Abfallbiomasse), der Vergärung von gülleartiger Biomasse und der biologischen Wasserstofferzeugung.

Wasserstoffvergasung

Bei der Wasserstoffvergasung von Biomasse entsteht dieses Gasgemisch. 45% Stickstoff 20% Wasserstoff 20% Kohlenmonooxid 10% Kohlendioxid 5% Methan Vor der eigentlichen Vergasung zerfällt die organische Substanz unter Wärmezufuhr in Koks, Kondensat und Gase. Dieser Vorgang wird als thermische Zersetzung oder Pyrolyse bezeichnet. Die Anwesenheit von Sauerstoff im Reaktor führt anstatt zur Reformierung zur partiellen Oxidation der Zwischenprodukte. In einer zweiten Stufe der Shift-Reaktion wird das Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Anschließend wird das Gasgemisch in einer Druckwechselabsorptionsanlage in reinen Wasserstoff und Restgas getrennt.

Vergärung von Biomasse

Bei hohem Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse oder flüssiger Gülle kann durch anaerobe Methangärung Biogas erzeugt werden. Dieses enthält hohe Anteile an Kohlenmonoxid und Methan. Obwohl dieses Mischgas kaum Wasserstoff enthält, kann es doch als Brenngas für fortgeschrittene Hochtemperatur-Brennstoffzellen dienen (MCFC), wobei die Methanreformierung aufgrund der hohen Temperaturen (~ 650 °C) direkt an der Elektrode erfolgt.

Biologische Wasserstoffproduktion

Es gibt verschiedene biologische Prozesse, bei denen Wasserstoff freigesetzt wird oder als Zwischenprodukt auftritt. Die Photosynthese, zu deren Ablauf Licht benötigt wird und die Fermentation, die in Dunkelheit abläuft. Algen und Mikroorganismen übernehmen jeweils die Wasserstoffproduktion in großen Tanks, der entstandene Wasserstoff kann abgefangen und verwendet werden. Diese Verfahren der Wasserstoff-Erzeugung sind noch in der Entwicklung, bilden aber eine ergänzende Option einer zukünftigen Wasserstoffwirtschaft.

Speicherung

Druckgasspeicher

Die bekannteste Speicherform von Wasserstoff basiert auf Druckbehältern wie Gasflaschen. Die Speicherung erfolgt unter Drücken von etwa 200-800 bar. Durch die erforderliche Stabilität der Druckbehälter liegt die Speicherdichte bei etwa 1 kg Wasserstoff in 70-80 kg Behältermasse. Aus diesem Grunde ist die Druckgasspeicherung für den Transport höchst unökonomisch. Weltweit werden rund 1% des produzierten Wasserstoffs in dieser Form gespeichert und transportiert. Ebenfalls weit verbreitet ist der Transport in Rohrleitungen bei Drücken um 70 bar. In der Erdgasindustrie ist die Speicherung in Untertagespeichern gut geeignet. Verwendung finden hier unterirdische ausgesolte Salzkavernen, poröse Gesteinsschichten, Aquifere und natürliche Hohlräume. Die Stadtwerke Kiel betreiben seit 1971 eine 32000 m3 Gaskaverne für die Speicherung von Erdgas. Die Kaverne liegt in einer Tiefe von 1330 m und die Speicherung erfolgt bei einem Druck von 80-160 bar. Die Gasverluste liegen bei etwa 1-3% des Speichervolumens pro Jahr.

Flüssiggasspeicherung

Im Zusammenhang mit dem gesteigerten Bedarf der Raumfahrt an flüssigem Wasserstoff als Brennstoff, wurden in den 50er und 60er Jahren industrielle Großanlagen zur Verflüssigung von Wasserstoff entwickelt. Die Verflüssigung erfolgt in einem Wasserstoff-Kältekreislauf. Der erforderliche Kältebedarf wird durch Kompression mit anschließender Entspannung in Turbinen zugef. Zusätzlich wird meist noch flüssiger Stickstoff (77°K) zur Vorkühlung eingesetzt. Am Ende liegt flüssiger Wasserstoff (20°K) vor, der drucklos in Spezialtanks gelagert werden kann. Als Zwischenlager für flüssigen Wasserstoff eignen sich am besten isolierte Kugelbehälter. Die derzeit größten Lagertanks befinden sich im NASA- Weltraumzentrum in Cap Canaveral. Die Kugelbehälter haben ein Volumen von 3800 m3. Der große Vorteil der Lagerung und des Transportes von flüssigem Wasserstoff liegt in der großen Speicherkapazität. So können fast 11 kg Wasserstoff pro 100 kg Speichermediumgewicht gelagert und transportiert werden. Der Transport von flüssigem Wasserstoff erfolgt heute ausschließlich in Spezialfahrzeugen über Schiene und Straße. Zur Zeit laufen aber Entwicklungen zum Transport mittels Schiffen und in Pipelines. Außerdem ist geplant, den beim Transport abdampfenden Wasserstoff aufzufangen und als Energieträger für die Fortbewegung des Transportgefährtes zu nutzen.

Metallhydridspeicher

In dieser Speichertechnologie nutzt man bestimmte Metalllegierungen, die Wasserstoff speichern wie ein Schwamm, der sich voll Wasser saugt. Der Wasserstoff wird vom Metall adsorbiert, es bilden sich Metallhydride. Wird ein Metallhydrid mit Wasserstoff "gefüllt", gibt er Wäme ab. Möchte man den Wasserstoff wieder zurück haben, muss man Wärme zuführen. Leider sind die Speicher vergleichsweise schwer, so dass man auf ihren Einsatz für die mobile Anwendung absieht. Zudem sind diese Speicher auf Grund der hohen Materialkosten sehr teuer. Metallhydridtanks haben deutliche Vorteile, sie arbeiten fast bei Normaldruck, produzieren keine Abdampfverluste und haben außerdem eine reinigende Wirkung für den Wasserstoff. Der Wasserstoff wird durch Wärme freigesetzt, dadurch bleibt der Wasserstoff bei Beschädigung des Speichers gebunden. Diese Technik wird heutzutage praktisch nur in militärischen U-Booten eingesetzt.

Graphit Nanofasern

Dieser Werkstoff auf Kohlenstoffbasis könnte die Speichertechnologie für Wasserstoff eines Tages revolutionieren. Man hat vor wenigen Jahren herausgefunden, dass sich große Mengen Wasserstoff in röhrenförmigen mikroskopisch kleinen Graphit-Strukturen speichern lassen. Inzwischen arbeiten viele Gruppen weltweitan der Erforschung dieser Speichertechnologie. Die Aussagen über die Speicherfähigkeit sind allerdings bisher teilweise sehr unterschiedlich. Mehrere Gruppen haben unabhängig voneinander nachgewiesen, dass dieses Speicherverfahren prinzipiell funktioniert und ein hohes Potenzial aufweist.

Transport

Wasserstoff kann man in jeder Art von in 2.3 vorgestellten Tanks transportiert werden. Druckwasserstoff wird heute in mobilen Drucktanks per LKW oder Eisenbahn vom Produzenten zum Verbraucher geliefert. Zusätzlich gibt es die Option, ein Pipelineverteilnetz aufzubauen, welches im Prinzip unseren heutigen Erdgasleitungen entspricht. So könnte einmal jedes Haus mit Wasserstoff statt Erdgas versorgt werden. Weltweit werden rund 1000 Kilometer Wasserstoff-Pipelines betrieben welche alle problemlos funktionieren.

Wasserstoff als Energietransporter

Um Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen was für eine Brennstoffzelle notwendig ist, braucht man Strom. Dieser Strom muss aus regenerativen Quellen wie Solarenergie stammen, da sonst die Umweltfreundlichkeit der Brennstoffzelle wieder zunichte gemacht wird. Das wahrscheinlich am vielversprechendste Konzept ist die Solarfarm in der Wüste. Der dort durch Elektrolyse gewonnene Wasserstoff soll dann mit Großtankern oder durch Pipelines nach Mitteleuropa transportiert werden. Gut, manche werden fragen ob es nicht intelligenter wäre den aus Solarfarmen gewonnene Strom direkt nach Europa zu schicken und in unsere Netze einzuspeisen. Nein, der Verlust beim Transport durch Unterseekabel wäre viel zu hoch, sogar höher als der Verlust der bei der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie in der Brennstoffzelle entstehen würde. Somit ist es „intelligenter“ Vorort bei den Solarfarmen aus Wasser durch Elektrolyse Wasserstoff zu produzieren und ihn per Schiff oder Pipeline nach Europa zu transportieren. Außerdem scheint die Sonne ja nicht den ganzen Tag.

Gefahren des Wasserstoffs

Die Frage nach den Gefahren des Wasserstoffs sind berechtigt. Das Gas Wasserstoff ist brennbar und leicht entzündlich. Ein Funke genügt um dieses in kleinen Mengen unsichtbar brennende Gas zu entzünden. Falls Wasserstoff einmal in Autos transportiert wird, wird es auch automatisch Unfälle mit diesen Autos geben (Nobody Is Perfect) die Vorstellung im eigenen Auto verbrennen zu müssen ist sicher nicht angenehm. Deshalb forschen alle Autohersteller die Wasserstoffprojekte am Laufen haben auch in die Richtung der Sicherheit. So werden nicht nur Autos bei Crashtests geprüft, auch Tanks werden auf ihre Sicherheit hin untersucht. Flüssige Energieträger führen bei Unfällen häufig zur Bildung von Brandteppichen am Unfallort, wo ein Großteil der Opfer in den Flammen umkommt. Wasserstoff entweicht in solchen Fällen sehr schnell nach oben und richtet weniger Schaden an. Das beste Beispiel für die Gefahr des Wasserstoffs ist der Unfall des Luftschiffs LZ 129 ”Hindenburg” in Lakehurst am 6.Mai 1937. Der Ausbruch des Feuers hatte allerdings nicht mit dem Wasserstoff zu tun der als Auftriebsmittel in großen Mengen an Bord war. Die Ursache war die chemische und elektrische Eigenschaften des Anstrichs der Außenhülle in Verbindung mit den besonderen Wetterbedingungen, die am Tag des Unglücks in Lakehurst herrschten. In einer Gewitteratmosphäre wurde der extrem brennbare Außenanstrich des Zeppelins von einer elektrostatischen Entladung entzündet. Das Feuer griff anschließend auf den Wasserstoff über.

Sonstige Treibstoffe=

Eine Brennstoffzelle muss nicht unbedingt durch Wasserstoff angetrieben werden, auch andere Treibstoffe kommen in Frage.

Methanol

Die Verwendung von Methanol (CH3OH) als Brennstoff wird von einigen Vertretern der Automobilindustrie favorisiert. Es könnte als Übergangsbrennstoff dienen, bis eine flächendeckende Wasserstoffversorgung sichergestellt werden kann. Methanol enthält chemisch gebundenen Wasserstoff und muss unter hohem Energieaufwand hergestellt werden. Großtechnisch wird Methanol z.B. durch Dampfreformierung von Erdgas erzeugt, kann jedoch auch unter Verwendung von Kohle, Abfällen, Klärschlamm, Holz, Plastikresten und sogar Seetang erzeugt werden. Die Energiedichte von Methanol ist ungefähr halb so hoch wie die von Benzin oder Diesel, allerdings ist Methanol giftig, dadurch aufwendiger in der Handhabung. Methanol kann z.B. durch die menschliche Haut diffundieren, im Umgang ist also direkter Hautkontakt zu vermeiden da es schon in geringen Mengen blind macht. Methanol entsteht auch beim Schnaps brennen, und wird dort als Vorlauf bezeichnet welcher durch Verdampfung vom Rest getrennt wird.

Erdgas

Erdgas wird wie der Name schon sagt aus der Erde gewonnen, in Tiefen von einigen Tausend Meter gibt es manchmal große Erdgasvorkommen, diese werden durch Bohrungen erschlossen und per Pipelines in die Haushalte geschickt. Chemisch gesehen ist Erdgas Methan (CH4). Soll Erdgas in Brennstoffzellen verwendet werden braucht man einen Reformer der beim Erdgas durch Dampfreformierung oder anderen Verfahren die Wasserstoffatome aus der Bindung löst. Bei normalen Verfahren entsteht dabei aber wieder CO2 , Erdgas könnte als Überbrückungsmaterial dienen für kleine stationäre Anlagen in Haushalten. Es gibt aber auch Verfahren die CO2 – frei produzieren können, dies aber bei Temperaturen von 1600°C.

Biogas

Unter dem Begriff Biogas versteht man Faul- und Klärgase, Deponiegase und bei der Vergasung organischen Materials anfallende Gase. Generell entstehen alle diese Gase durch die bakterielle Zersetzung zellulosereichen organischen Materials in einem Gärprozess (Klärschlamm) oder bei der Vergasung von Biomasse (Holz, Abfall). Das entstehende Gas ist Methan (CH4) Der große Nachteil ist die wechselnde Konzentration der entstehenden Gase. Die Inhalte müssen gefiltert und je nach Konzentration der Gase unterschiedlich behandelt werden und müssen auf jeden Fall durch einen Reformer geschickt werden bevor man sie in Brennstoffzellen verwenden kann.

Biogase aus Gärprozessen bestehen aus Methan (50-75%) und Kohlendioxid (25-50%), Restanteile sind Wasserstoff und Schwefelwasserstoff.
Biogase aus Vergasung enthalten Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und höhere Kohlenwasserstoffe sowie Stickstoff und Kohlendioxid, je nach technischem Vergasungsverfahren.

Benzin/Diesel

Benzin und Diesel können prinzipiell auch in Brennstoffzellen eingesetzt werden, dies hat aber einige Nachteile, da höhere Temperaturen zur Reformierung zu Wasserstoff verlangt werden und der gewonnene Anteil des Wasserstoffs ist relativ gering. Auch dieser Treibstoff könnte als Übergangsstoff dienen bis die Wasserstoffversorgung ausreichend ist.

Dimethylether

Dimethylether (DME) wird derzeit noch nicht in Brennstoffzellen eingesetzt, ist aber aufgrund seiner Eigenschaften ein potentieller Kandidat. DME fällt hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Methanolherstellung an, kann aber auch aus Synthese- bzw. Erdgas gewonnen werden. DME ist unter Umgebungsbedingungen flüssig. Ein Einsatz in Dieselmotoren ist möglich und bewirkt vor allem geringere Stickoxid- und Partikelemissionen.

Synthesegas

Industriesynthesegase bestehen zumeist aus einer Mischung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff, Methan etc. und müssen daher für die Verwendung in Brennstoffzellen sorgfältig gereinigt werden. Ein Einsatz von Synthesegas ist daher verfahrenstechnisch und energetisch sehr aufwendig.

Kohle

Um Stein- oder Braunkohle in Brennstoffzellen zu verwenden müssen diese zunächst in einem aufwendigen Verfahren vergast werden. Dabei entsteht dann ein wasserstoffhaltiges Synthesegas. Dieses Verfahren ist für konventionelle Kraftwerke noch in der Entwicklung und auch für Brennstoffzellen sind nur Versuche durchgeführt worden.

Rapsmethylester, Biomethanol, Bioethanol

Rapsölmethylester (RME) ist heute schon als Dieselersatz im Handel, zur Verwendung sind nur geringe Motormodifikationen erforderlich. Bioethanol und Biomethanol können aus verschiedenen stark zucker- und stärkehaltigen Biomassen (z.B. Zuckerrübe, Kartoffel, Getreide) hergestellt werden und sind in ihren Eigenschaften mit aus fossilen Quellen gewonnenen Ethanolen und Methanolen vergleichbar. Alle drei Brennstoffe müssen noch auf ihre Eignung für Brennstoffzellen untersucht werden, sind aber ebenfalls potentielle Nischenkandidaten.

Anwendungsgebiete

Autos

Wasserstoff wird in der Autoindustrie als Treibstoff schon fast 40 Jahre eingesetzt. Das erste mit Wasserstoff betriebene Auto war ein Brennstoffzellenmodell von General Motors aus dem Jahre 1967. Circa 10 Jahre danach folgte der erste Wasserstoffverbrennungsmotor der allerdings für ein Rennauto bestimmt war. Kein Wasserstoffauto hat bis heute die Serienreife erreicht. Der zunehmende Bedarf an Mobilität führt zu immer höherer Verkehrsbelastung und damit zu einer Zunahme der Emissionen im Straßenverkehr. Elektrofahrzeuge haben am Fahrzeug selbst keine Emissionen, besitzen aber mit Batteriespeicher eine relativ geringe Reichweite bei langen Ladezeiten. Brennstoffzellen im Automobil können elektrischen Strom sehr effizient direkt aus chemisch gespeicherten Energie gewinnen. Etwa 70% aller Autofahrten erfolgen im Stadtverkehr. Insbesondere im dort vorherrschende Betrieb des Pkw im Teillastbereich ist der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen erheblich höher als der von Verbrennungsmotoren), wodurch sich der Energieverbrauch und die Emissionen deutlich reduzieren. Wird Wasserstoff als Energieträger verwendet, so ist das Auto sogar emissionsfrei, da lediglich Wasser produziert wird. Wasserstoff besitzt allerdings eine geringe Speicherdichte, wodurch Wasserstoffdrucktanks voluminös und schwer sind. Die flüssigen Treibstoffe Benzin, Diesel und Methanol besitzen im Vergleich dazu um eine bis zu zehnfach höhere spezifische Energie. Mit diesen Trägern von Wasserstoff lassen sich Reichweiten wie mit Verbrennungsmotoren erzielen, da auch die Reichweite von Brennstoffzellenfahrzeugen allein durch die Menge des mitgeführten Treibstoffes bestimmt wird. Auch für Methanol könnte das bestehende Tankstellennetz weitgehend unverändert zur schnellen und einfachen Wiederbetankung verwendet werden. Die PEM-Brennstoffzelle wird wegen ihres guten Lastwechselverhaltens, der kurzen Startzeit aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur und nicht zuletzt wegen ihrer hohen Leistungsdichte in ersten Prototypen von Automobilen mit Brennstoffzellen eingesetzt. Daimler-Chrysler hat neben den schon älteren Entwicklungen von mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen (Necar I und II) als jüngste Entwicklung sein Methanol- Brennstoffzellenauto Necar III vorgestellt. Praktisch alle Autokonzerne weltweit, haben Wasserstoffautos in der Entwicklung. In fast allen Modellen wird der Wasserstoff bis auf wenige Ausnahmen in Brennstoffzellen zu elektrischer Energie umgewandelt. Bei BMW und Ford wird trotz der enormen Vorteile der Brennstoffzelle auf einen mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor gesetzt. Brennstoffzellen können im Auto auf 3 Arten eingesetzt werden.

Als Stromproduzent für einen Elektromotor
Als Stromproduzent für einen Hybridmotor
Als Autobatterie für Autos

Haustechnik und Stationärer Einsatz

In Brennstoffzellen können kohlenstoffhaltige Brennstoffe elektrochemisch umgesetzt werden, wodurch chemische Energie mit hohem energetischen Wirkungsgrad und minimaler Schadstoff-Emission in Elektrizität umgewandelt werden kann. Somit finden sie Anwendung in der stationären Elektrizitätsproduktion mit dem Schwerpunkt dezentraler Energieversorgung. Es ist ein wichtiges Ziel der stationären Elektrizitätsproduktion, einen hohen Wirkungsgrad bei akzeptablen Kosten zu erreichen, wobei auch im Teillastbereich hohe Wirkungsgrade erzielt werden sollten. Dabei dienen fossile Energieträger als Energiequelle. Neben dem reinen Wasserstoff können auch Erdgas, Kohlegas oder Biogas für den Betrieb der Brennstoffzelle eingesetzt werden. Aus diesen Brennstoffen wird durch Reformierung Wasserstoff gewonnen, der bei der Stromerzeugung verbraucht wird. Die Brennstoffzellen, die für den Einsatz in Kraftwerken diskutiert werden, arbeiten hauptsächlich bei Temperaturen über 100°C. Durch Integration der Zelle in ein umfangreicheres System kann die Abwärme ebenfalls genutzt werden. Phosphorsäure-Brennstoffzellen PAFC eignen sich zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung und werden heute weltweit in Anlagen mit elektrischen Leistungen von 100 kW bis 11 MW betrieben. Die Abwärme kann in Form von 60 bis 80°C heißem Wasser abgekoppelt werden, wodurch man einen Gesamtsystemwirkungsgrad von bis zu 80% erhält. Für die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom sind die sogenannten Hochtemperaturbrennstoffzellen wie Festoxid-Brennstoffzelle SOFC oder Karbonatschmelze- Brennstoffzellen MCFC von großer Bedeutung. Aufgrund der hohen Betriebstemperatur von 600 bis 1000°C wird hier die interne Erdgasreformierung ermöglicht. Solche Kombinationskraftwerke erreichen ebenfalls einen Gesamtwirkungsgrad von 70 bis 80%. Ein großer Vorteil von Brennstoffzellen gegenüber den Verbrennungsanlagen ist der eigentliche Reaktionsmechanismus, der die Stromversorgung gewährleistet: Wird reiner Wasserstoff verwendet, der mit Sauerstoff reagiert, so entsteht nur Wasser bzw. Wasserdampf. Die Emission von Schwefel- oder Stickoxiden ist somit in Kombinationskraftwerken im Vergleich zu den konventionellen Kraftwerken mindestens um eine Größenordnung niedriger. Eine Anwendungsmöglichkeit der Brennstoffzellentechnologie ist die dezentrale elektrische und heiztechnische Energieversorgung mit kleinen stationären Brennstoffzellen Blockheizkraftwerken (BHKW´s) in Ein- und Mehrfamilienhäusern. Die Energieversorgung dieser Brennstoffzellen Blockheizkraftwerke kann über das großflächige ausgebaute Erdgasversorgungsnetz der Energie- Versorgungsunternehmen stattfinden. Erdgas kann der Brennstoffzelle entweder direkt (SOFC) oder, mit Hilfe von Reformierungs- sowie vor- und nachgeschalteten Reinigungsprozessen in H2 umgewandelt, zugeführt werden (PEMFC). Während bei Anlagen die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind, eine Einspeisung des Überschussstromes in das Netz sinnvoll ist, kann bei netzfernen Inselanlagen über den Einsatz von kleinen Speichern nachgedacht werden, um die Brennstoffzelle optimal dimensionieren zu können. Im Hinblick auf die zukünftige Energieversorgung mittels regenerativ gewonnenem H2 stellen Brennstoffzellen den wichtigsten Energieumwandler dar, weil sie H2 emissionsfrei in elektrische - und thermische Energie umwandeln. Maßgeblich beteiligt an einer rationellen und effizienten Energieverwendung im Sektor Haushalt ist also sowohl die verstärkte Benutzung von sparsamen Elektrogeräten und die breite Einführung von Häusern in der Niedrigenergiebauweise (mit geringer spezifischer Heizenergie pro m²), als auch die Entwicklung neuer Energieversorgungssystemen.

Portable Geräte

Der Einsatz von PEM-Brennstoffzellen in portablen Kleinsystemen ist auch am unteren Ende der Leistungsskala (ca. 10W) vorstellbar. Die Stromversorgung für tragbare Geräte wie Notebooks, Camcorder und Handys könnte beispielsweise durch Miniaturbrennstoffzellen realisiert werden und dadurch einen Bereich der Batterietechnik revolutionieren. Im Gegensatz zu Batterien sind Brennstoffzellen eher leicht, haben eine hohe spezifische Leistungsdichte und erlauben einen kontinuierlichen Langzeitbetrieb. Allerdings benötigen sie einen Speicher für den Energieträger, dessen Größe die maximale Betriebsdauer bestimmt. Um eine wirkliche Alternative zu den bislang verwendeten Lithium- Ionen-Akkus darzustellen, müssen die Kleinbrennstoffzellen einfach, kostengünstig und zuverlässig sein. Die Brennstoffzellenstacks müssen von der Systemseite daher so kompakt, wie möglich sein. Ansätze, die zur Zeit erprobt werden, sind "luftatmende" Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff aus Metallhydrid-Speichern betrieben werden. Der Wasserstoffvorrat kann mit Hilfe eines Miniaturelektrolyseurs an der Steckdose regeneriert werden. Mit den bislang entwickelten Prototypen können Laptops (ca. 20W) bei vergleichbarem Platzbedarf und Gewicht im Vergleich zu konventionellen Batterien etwa 10 Stunden betrieben werden. Bei einer weiteren Verbesserung und gleichzeitigen Verbilligung der Komponenten könnten Geräte mit Brennstoffzellenversorgung in etwa zwei bis fünf Jahren auf dem Markt zu kaufen sein.

Raumfahrt

Das erste Anwendungsgebiet der Brennstoffzelle war die Raumfahrt, an Bord jedes Spaceshuttles befindet sich auch heute noch eine A-FC. Als die NASA Anfang der Sechziger eine gute Energiequelle für ihre Gemini und Apollo Missionen suchte kam sie zur Brennstoffzelle zurück da diese für die Raumfahrt gut geeignet war. Auch in Spacelabmissionen war sie vertreten. Der erste praktische Einsatz der Brennstoffzelle in der Raumfahrt erfolgte 1963, als eine Brennstoffzelle bei der „Gemini“-Mission einen erfolgreichen Einsatz im All absolvierte. Die Anlage wurde mit Wasserstoff und reinem Sauerstoff bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 60% betrieben. Das als Reaktionsprodukt erhaltene Wasser wurde zur Versorgung der Besatzung verwendet.

Militär

Seit 1984 testet Siemens den Einsatz von Brennstoffzellen in U-Booten zur Geräusch und Emissionsfreien Energieversorgung Unterwasser. Im Jahr 1988 wurde das U-1 (Klasse 205) mit dem ersten außenlufttunabhängige Antrieb mittels einer Brennstoffzelle ausgestattet. Nach einer langen Tauchfahrt kam U-1 bis nach Norwegen und zurück ohne aufzutauchen. 1999 bestellte die Marine mehrere dieser Zellen, 2003 sollen die ersten 8-Tonnen schweren Brennstoffzellen eingebaut werden.

Aktuelle Projekte

Daimler Chrysler

Im Jahr 1994 entwickelte Mercedes das Auto NECAR 1 (was für New Electric Car steht), es war ein Prototyp um zu zeigen dass ein Auto mit entsprechender Technik durchaus die Serienreife erreichen kann. Es wurde allerdings mehr zu einem fahrendem Labor in dem Messungen über Verbrauch und Abgasemissionen gemacht wurden. Da die Technik noch unausgereift war wog die Brennstoffzelle mit Tanks insgesamt 800kg und belegte sämtlichen freien Laderaum. Da dieser Antrieb viel zu groß war entwickelte man zwei Jahre danach den Nachfolger NECAR 2 bei dem das Ziel war alles zu verkleinern, Reichweite und Effizienz zu erhöhen und Platz für mindestens 6 Personen zu schaffen. NECAR 1 NECAR 2 NECAR 3 NECAR 4 NECAR 5 NEBUS SPRINTER Reichweite: 100 km 250 km 400 km 450 km 600 km 300 km 150 km Km/h: 60 km/h 110 km/h 120 km/h 145 km/h 150 km/h 80 km/h 120 km/h Modell: MB-100 V-Klasse A-Klasse A-Klasse A-Klasse Stadtbus Sprinter LeistungBZ: 50kW 50kW 50kW 65kW 75kW 250kW 55kW Gewicht: 2,2 t 2 t 1,8 t 1,8 t 1,5 t 11 t 1,8 t Treibstoff: H2 H2 Methanol H2 Methanol H2 H2 Emissionen: Sehr gering Sehr gering gering nein gering nein nein Nur ein Jahr danach kam auch schon NECAR 3, was diesmal mit Methanol betrieben wurde und dadurch eine vergrößerte Reichweite hatte. Ein Reformer wandelt Methanol beim Druck auf das Gaspedal spontan in Wasserstoff um. Das erste Zero Emission Vehicle war NECAR 4 welches 1999 entwickelt wurde. Es wurde komplett neu konzipiert und hat mit NECAR 3 sehr wenig zu tun. Dessen offizieller Nachfolger war NECAR 5 welcher in Sachen Leistung und Fahrkomfort weiterentwickelt wurde. Das im NECAR 3 noch recht voluminöse Brennstoffzellen-System samt Methanol-Reformer wurde in nur drei Jahren um die Hälfte verkleinert und damit auch sein Gewicht deutlich vermindert. Es ist rund 300 Kilogramm leichter als das des direkten Vorgängers NECAR 3. Davon profitieren Fahrdynamik und Beschleunigung ebenso wie vom leistungsfähigeren Elektromotor und der höheren Leistung der Brennstoffzelle. Das einzige Stack-Modul des NECAR 5 liefert 75 Kilowatt. Mit NECAR 5 ist DaimlerChrysler dem Ziel, ein für den Individualverkehr geeignetes Brennstoffzellen-Fahrzeug zu entwickeln, einen bedeutsamen Schritt näher. Die ersten Mercedes-Brennstoffzellenautos sollen spätestens 2005 erhältlich sein.

BMW

Seit 1979 entwickelt BMW Autos mit Wasserstoffantrieb. Die anfänglichen Versuche mit einer Brennstoffzelle Strom zu produzieren wurden schnell über den Haufen geworfen, da die Technik damals sehr unausgereift erschien. Stattdessen wurde auf einen Wasserstoffverbrennungsmotor gesetzt welcher mehr Energie liefern sollte aber auch ein vielfaches einer Brennstoffzelle verbrauchte. Die ersten Versuchsautos wurden über Druckbehälter im Kofferraum mit Wasserstoff versorgt. Der Motor wurde von Anfang an für zwei verschiedene Treibstoffe entwickelt, Wasserstoff und Benzin, so dass beide im gleichen Motor nutzbar sind. 1984 wurden dann die Druckbehälter durch Flüssigwasserstofftanks ersetzt da die ersten Modelle Reichweiten von unter 20 km hatten und die Druckflaschen den kompletten Kofferraum versperrten. Die Flüssiggastanks konnten kleiner und besser in ungenutzten Hohlräumen verstaut werden. Aber erst 1994 konnte der komplette Tank aus dem Kofferraum verschwinden und wurde komplett im Boden verstaut. Ein Tank fasst ca. 140 Liter auf –253°C runtergekühlten Wasserstoff was einer Reichweite von ca. 350 km entspricht. 1999 wurde ein 7er BMW mit neuester Wasserstofftechnik ausgestattet und auf eine 80.000 km lange Reise geschickt, also zweimal um die Erde. Sein Triebwerk leistet 150kW/204 PS, beschleunigt die voll ausgestattete Limousine in 9,6 Sekunden aus dem Stand auf Tempo 100 und ermöglicht eine Höchstgeschwindigkeit von 226 km/h. In den nächsten 2-3 Jahren soll das erste BMW-Wasserstoffauto erhältlich sein, eine Massenproduktion soll aber erst in ca. 10 Jahren stattfinden. Die Brennstoffzelle soll bei BMW nur als Lichtmaschinen oder kleine Autobatterien eingesetzt werden, da BMW nicht an die Brennstoffzelle als Antriebskraft für Autos glaubt. Parallel entwickelte BMW auch eine ausgefeilte vollautomatische Betankungstechnik die an Tankstellen zum Einsatz kommen soll.

Honda

Honda ist der Automobilhersteller der sich zum Ziel gesetzt hat als erster ein Öko-Auto auf den Markt zu bringen und hatte bereits angekündigt im Februar 2002 ihr erstes Auto auszuliefern. Da dies nicht ganz geklappt hat wurde der Termin jetzt auf Anfang 2003 verschoben. Der Prototyp mit der Bezeichnung FCX-V4 fährt maximal 140 Stundenkilometer und ist mit einem neu entwickelten Hochdruck- Wasserstofftank ausgerüstet. Das Fahrzeug hat 82 PS. Mit 130 Litern Wasserstoff betankt kommt der 1,7t schwere Viersitzer 315 Kilometer weit. Da Honda erst 1999 mit der Entwicklung von Brennstoffzellenautos begonnen hat ist die Serienreife eine enorme Leistung.

Volkswagen

VW erprobte erstmals im Jahr 2000 ein Auto mit Brennstoffzellenantrieb. Dabei kam man bei VW zu dem Schluss das Autos mit Wasserstoffantrieb aufgrund zu hoher Sicherheitsrisiken keine Zukunft hätten. Seitdem entwickelt VW nicht nur Brennstoffzellen sondern auch flüssige synthetische Treibstoffe. Gemeinsam mit dem Paul Scherrer Institut in Zürich hat Volkswagen eine kostengünstige Wasserstoff-Brennstoffzelle mit besonders leistungsfähigen Supercaps in einem Bora integriert. Parallel wurde ein Bora TDI eingesetzt, der mit dem synthetischen Kraftstoff SunFuel niedrigste Partikelmesswerte erreicht. Im Rahmen der Kraftstoffstrategie von Volkswagen ist der Bora SunFuel einer der ersten Schritte auf dem Weg zur Brennstoffzelle. Laut VW-Prognosen ist die Massenproduktion aber erst in frühestens 10-15 Jahren möglich.

Energiequellen

Um Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser für eine Brennstoffzellen herzustellen braucht man Strom.

Energieverbrauch

Der Energieverbrauch unserer Gesellschaft wächst und wächst. Nur 17% der Weltbevölkerung verbrauchen 62% des weltweit verfügbaren Energie. In nur knapp 80 Jahren wird sich die Weltbevölkerung vielleicht verdoppelt haben und es wird ein noch höherer Energiebedarf entstehen. 17%62%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%62% des gesamtenEnergiebedarfs17% derWeltbevölkerungverbrauchen Zu 90% besteht der weltweite Energiebedarf aus Fossilen Brennstoffen, nur 3% wird aus Regenerativen Quellen gewonnen, der restliche Bedarf wird über Kernenergie gedeckt. Erdöl40%Kohle23%Kernenergie7%Wasserkraft3%Erdgas27%

Fossile Energieträger

Fossile Energieträger sind Stoffe die vor Millionen von Jahren einst organisches Material wie z.B. Wälder waren, unter Sedimentschichten abgeschlossen von Sauerstoff verrottet sind und sich zu Kohle, Erdöl oder Erdgas umgewandelt haben. Diese Stoffe werden abgebaut, aufbereitet und verbrannt. Über 90% unseres Energiebedarfs werden durch diese Stoffe gedeckt, diese sind aber nur für eine begrenzte Zeit vorhanden. Da die weltweite Vorräte nur für ca. 40 Jahre reichen muss diese Energiequelle durch eine andere ersetzt werden. Täglich werden ca. 50 Milliarden Barrel-Öl auf der gesamten Welt gefördert. Wie viel Jahre unsere Rohstoffe noch reichen: 150454035020406080100120140160KohleErdgasUranErdöl7.3 Erneuerbare Energien

Solarenergie

Unter direkter Nutzung von Solarenergie versteht man die unmittelbare Gewinnung von Strom oder Wärme aus der Strahlung der Sonne. Um direkt Energie aus den Sonnenstrahlen zu gewinnen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Mit Photovoltaik lässt sich direkt Strom aus der Sonne gewinnen. Solarthermik gewinnt Wärme aus den Sonnenstrahlen. Mit dieser Wärme lässt sich entweder heizen oder in solarthermischen Kraftwerken auch Dampf erzeugen, um daraus Strom zu gewinnen. Zusätzlich zählt man auch die passive Solarenergienutzung zu den Solartechnologien. Während die Kilowattstunde Strom aus Photovoltaik derzeit noch deutlich mehr als eine Mark kostet, sind Warmwassersysteme mit Solarthermik bereits konkurrenzfähig. Auch die Photovoltaik hat das Potenzial deutlich billiger zu werden. Die Technologie ist im Prinzip einfach und Silizium ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde. Einzig die notwendige Massenproduktion fehlt. Es gibt aber auch andere Varianten wie z.B. das Turmkraftwerk. Turmkraftwerke bündeln durch Hunderte von Spiegeln das Sonnenlicht auf eine Turmspitze, in der Wasser verdampft wird. Der Wasserdampf treibt dann eine Turbine an.

Wind und Wasser

Schon lange bedient sich der Mensch dieser beiden regenerativen Energieformen. Windkraft diente früher dazu, Schiffe um die Welt segeln zu lassen, und Mithilfe der Wasserkraft wurde schon im Mittelalter das Korn gemahlen. Windmühlen gibt es bereits seit vielen hundert Jahren. Das Windkraftpotenzial ist global betrachtet gewaltig. Nicht nur auf dem Land kann man Windparks errichten, sondern auch vor den Küsten. Offshore-Windparks haben optimale Windbedingungen und stören auf dem Meer höchstens die Schifffahrt. Die installierte Leistung in gesamt Deutschland beträgt über 6000 Megawatt, das entspricht etwa der Leistung von sechs Blöcken eines Kernkraftwerkes. Im letzten Jahr wurden alleine in Deutschland 1350 neue Windturbinen errichtet. Wasserkraftwerke sind gute Grundlastkraftwerke, da sich ihr Ertrag zuverlässig vorhersehen lässt. Allerdings ist das Wasserkraftpotenzial begrenzt und nicht alle Länder verfügen über genügend Wasser. Wasserkraft wird aber weiterhin einen stabilen Anteil an regenerativer Energie liefern. Am Beispiel der Windenergie lässt sich demonstrieren, mit welcher Dynamik sich regenerative Energie-Technologien entwickeln können, wenn sie in den Bereich der Wirtschaftlichkeit gelangen. 1993 hatte man nur knapp 200 Megawatt installiert und eine Bayernwerk-Prognose sah damals ein Wachstum bis zum Jahr 2015 von unter 100 Megawatt pro Jahr. Tatsächlich war das Wachstum 10 mal so groß.

Biomasse

Die energetische Nutzung der Biomasse hat global betrachtet ein großes Potenzial und kann auch hier in Deutschland einen erheblichen Beitrag zur Energieversorgung leisten. Man unterscheidet verschiedene Arten der Biomasse. Zum einen ist es der "Biomüll" aus unseren Haushalten. Er eignet sich vor allem zur Vergasung: In einem beschleunigten Faulprozess entsteht Methan, das sich direkt für die Energieerzeugung nutzen lässt. Bei Bedarf lässt sich aus Methan auch Wasserstoff gewinnen. Ebenfalls unter den Begriff Biomasse fallen alle pflanzlichen Abfälle aus der Land- und Forstwirtschaft, für deren Nutzung es verschiedene Technologien und Verfahren gibt. Zu Pellets verpresst, lässt sie sich in modernen Biomasse-Öfen thermisch nutzen, wobei natürlich auch Strom erzeugt werden kann. Diese Art der Biomasse kann zusammen mit speziell angebauten Pflanzen auch in einem Biomasse -Reformer zu Wasserstoff verwandelt werden. Dabei entsteht nur die Menge Kohlendioxid, die vorher von den Pflanzen aus der Luft absorbiert wurde.

Kernenergie

Derzeit gibt es weltweit etwa 400 Kernkraftwerke. Ihre Energie deckt knapp 7% des Weltprimärenergiebedarfs. Soll Kernenergie einen relevanten Beitrag zu Energieversorgung leisten, bräuchten wir einige tausend neuer Kraftwerke. In den nächsten 40 Jahren müsste praktisch jeden zweiten Tag ein neuer Reaktor in Betrieb genommen werden, wenn wir rechtzeitig zum Ende der fossilen Energieträger eine Alternative verfügbar haben wollen. Die Gesellschaft muss entscheiden, ob sie eine Technologie im großen Stil einführen will, die ein gewisses Gefährdungspotenzial beinhaltet und viele Generationen vor das Problem der Entsorgung stellt.

Fremdwörtererklärung

Pol
Begriff	Erklärung
A-FC	Alkaline Fuel Cell
Anode
Alkohole	Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol
Arbeitstemperatur	Temperatur mit der ein Gerät arbeitet
Barrel	1 Barrel Petroleum = 158,97 Liter
BHKW	Blockheizkraftwerk
Biogas	Aus Vergärung entstandenes Gas
BZ	Brennstoffzelle
C, CO, CO2	Kohlenstoff, -Monooxid, Dioxid
CH3OH	Methanol
CH4	Methan
Chemische Energie	Maximale Energie die aus einem Stoff herrauskommt
Deuterium	Isotop, Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neutron
DM-FC	Direkt Methanol Fuel Cell
FC	Fuel Cell (Brennstoffzelle)
Fossile Rohstoffe	Erdöl, Erdgas, Kohle
Elektroden	Sorgen für Übergang von Elektronen in der Stromkreis
Elektronen	Teilchen in der Atomhülle
Elektrolyse	Zerspaltung von H2O in H2 und O
Elektrolyseur	Apparat um Wasser zu spalten
Elektrolyt	Protonendurchlässige Folie/Flüssigkeit/Keramik
Emission	Ausstoß von Schmutzpartikeln im Verbrennungsmotor
Erdgas	Gas, gewonnen aus großen Tiefen
Ethanol	C2H6O
H,H2	Atomarer,- Molekularer Wasserstoff
H2O	Wasser
Heizwert	Maximal gewinnbare Energie pro Kilogramm 'Brennstoff'
Hydrooxid	HO
Ionen	Atome mit veränderter Elektronenzahl
Karbonatschmelze	68% Li2CO3 und 32 % K2CO3 in Keramikschaum
Katalysator	Beschleunigt Reaktionen
Kathode	Minus Pol
Kohlenwasserstoffe	Moleküle die C und H Atome enthalten
Korrosivität	Anfälligkeit auf schnelle Alterung (Oxidation)
KW	1Kilowatt = 1000W
LH2	Liqiud H2
MC-FC	Molton Carbonate Fuel Cell
Metallhydrid	Schwammartiges Metall welches Wasserstoff speichert
Methanol	CH4O
Molekül	Aus Atomen bestehende Verbindung
MW	1 Megawatt = 1000kW
Nafion	Name unter dem PEM’s verkauft werden
NASA	National Aeronautics and Space Administration
NEBUS	New Electric Bus
NECAR	New Electric Car
Neutronen	Teilchen im Atomkern
Nickel	Metall welches als Elektroden dient
NOx	Stickoxide (NO2, NO3, H2NO4, …)
O, O2	Atomarer,- Molekularer Sauerstoff
PA-FC	Phosphoric Acid Fuel Cell
Palladium	Edelmetall mit katalysatorischer Wirkung
Pellets	Zu Würfeln gepresstes Holz
PEM-FC	Polymer Electrolyt Membran Fuel Cell
Phosphorsäure	H3PO4, Auch als Elektrolyt verwendbar
Platin	Edelmetall mit katalysatorischer Wirkung
Polymer Membran	Synthesicher Kunststoff als Elektrolyt
Protonen	Positiv geladenes Teilchen im Atomkern
Reformer	Gerät um aus z.B. Erdgas den Wasserstoff zu gewinnen
Regenerative Quellen	Energien wie Wasser oder Windkraft
Stack	Eine Hintereinanderschaltung von Brennstoffzellen
SO-FC	Solid Oxide Fuel Cell
Solarenergie	Energie die aus Sonnenlicht gewonnen wird
SunFuel	Von VW speziel entwickelter Treibstoff
Synthesegas	Mischung von Wasserstoff, CO, CO2 , Stickstoff, Methan
Titrium	Isotop des Wasserstoff mit 2 zusätzlichen Neutronen
Verbrennungsmotor	Durch heiße Verbrennung wird Energie frei
Wirkungsgrad	Maximale Energie die aus einem Prozess herauskommt
ZEB	Zero Emission Bus
ZEV	Zero Emission Vehicle

Brennstoffzelle