Wasserstoff und Brennstoffzellen. Sven Geitmann

       1 EINLEITUNG

      Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Er verfügt über einen hohen Heizwert und verbrennt mit Sauerstoff zu nichts anderem als Wasser. Er ist leicht und wird bereits seit über 70 Jahren als Industriegas verwendet. Genügen diese Eigenschaften, um Wasserstoff zum so genannten Kraftstoff der Zukunft zu machen, der eventuell die bisherigen Energiespeicher ablösen könnte?

      Energiespeicher egal welcher Art sind heutzutage unbedingt notwendig, weil ohne Energie so gut wie gar nichts mehr geht auf diesem Planeten. Wissenschaftler und Techniker arbeiten zwar fortwährend an der weiteren Effizienzsteigerung der bisher gebräuchlichen Energiewandler, aber die Entwicklungsschritte werden immer kleiner. Trotz der fortschreitenden Technisierung und Computerisierung ist bei jeder Technik irgendwann ein Stadium erreicht, an dem es aus thermodynamischen oder mechanischen Gründen nicht mehr weitergeht.

      Der Verbrennungsmotor basiert auf einer Technik, die mittlerweile so weit ausgereizt ist, dass kaum noch Wirkungsgrad-Verbesserungen möglich sind. Nach 120 Jahren Entwicklung mit Otto- und Diesel-Motoren ist die Frage berechtigt, ob es nicht andere Techniken gibt, die den heutigen Anforderungen besser genügen können.

      Die Brennstoffzelle ist so eine Technik. Sie ist zwar keine wirklich neue Erfindung, aber manchmal lohnt es sich auch, alte Patente wieder zu reaktivieren. Die Brennstoffzelle basiert auf einem Prinzip, das bereits vor über 160 Jahren entdeckt, aber dann nicht mit sonderlich viel Vehemenz weiterentwickelt wurde. Dass nicht bereits früher auf diese Technik zurückgegriffen wurde, lässt sich durch die dominante Stellung des Verbrennungsmotors erklären, der bisher nie ernsthaft in Frage gestellt worden ist.

      Im Zuge der Industrialisierung mit dem anschließenden Wechsel von der Kohle zum Öl war die Verbrennungskraftmaschine für über 100 Jahre ein durchaus geeignetes Medium. Die Brennstoffzelle bietet im direkten Vergleich jedoch eine wesentliche Effizienzsteigerung bei gleichzeitig sauberem und leisem Betrieb. Dies hat sie bereits in den sechziger Jahren bei zahlreichen Einsätzen in der Raumfahrt bewiesen.

      In den achtziger Jahren wurde zum ersten Mal ernsthaft in Erwägung gezogen, Wasserstoff als Energieträger zu verwenden. Entscheidend war damals in Zeiten des aufkeimenden Umweltschutzes speziell der ökologische Aspekt. Einige der damaligen Projekte wurden mittlerweile eingestellt, andere sind bereits verwirklicht worden. Betrachtet man den geschichtlichen Verlauf (s. Kap. 17.4), wird deutlich, dass an der Wasserstoff-Technik schon seit über 200 Jahren mehr oder minder intensiv geforscht wird.

      Nach so langer Zeit ist jetzt quasi der zweite Frühling ausgebrochen. Schlagwörter wie „Wasserstoff-Wirtschaft“ und „Brennstoffzellen-Auto“ sind bereits in vieler Munde, auch wenn häufig das Hintergrundwissen noch eher dünn ist. Die Frage stellt sich deswegen, warum gerade jetzt so viel davon geredet wird. Ist die Wasserstoff-Technik geeignet, heutige Probleme zu lösen, und können Brennstoffzellen eine aussichtsreiche Alternative für die Zukunft bieten?

      Wasserstoff bietet auf vielen Gebieten Vorteile gegenüber konventionellen Kraftstoffen, so dass er, beispielsweise eingesetzt in einer Brennstoffzelle, der Energiespeicher sein könnte, der den Weg in eine schadstofffreie Zukunft weist.

      Das Ausgangsprodukt Wasser ist in ausreichendem Maße vorhanden, bei der Verbrennung von Wasserstoff entstehen kaum Schadstoffe und natürliche Erdöl-Ressourcen können geschont werden. Natürlich gibt es auch Probleme mit diesem Element: Wasserstoff und Sauerstoff sind unter bestimmten Voraussetzungen leicht brennbar, die umweltschonende Erzeugung von Wasserstoff ist noch nicht ausgereift und die für die Nutzung notwendige Infrastruktur ist noch nicht vorhanden. Aber Erfahrungen aus den letzten Jahren zeigen, dass diese Schwierigkeiten bewältigt werden können. Die Wasserstoff-Technik ist insbesondere in den letzten Jahren weit vorangekommen und es existieren bereits vielerlei Anwendungsbeispiele, in denen die Alltagstauglichkeit unter Beweis gestellt wird.

      Beim aktuellen Kostenvergleich mit konventionellen Systemen schneidet die Wasserstoff-Technik erwartungsgemäß nicht gut ab. Viele Komponenten sind noch zu teuer und die Wasserstoff-Herstellung ist noch nicht in ausreichendem Maße auf ökologische Weise möglich. Nimmt man jedoch die Entwicklung der letzten Jahre als Maßstab, so ist absehbar, dass in den nächsten Jahren die ersten Kleinaggregate, Hausenergie-Versorgungssysteme und Brennstoffzellen-Fahrzeuge auf den Markt drängen werden. Die Preise werden zwar zu Anfang noch nicht unbedingt günstig sein, mit steigenden Absatzzahlen wird sich jedoch bald eine konkurrenzfähige Alternative zu den herkömmlichen Systemen etablieren.

      Alles läuft daher auf eine Umstrukturierung des Energiesektors hinaus. Dabei muss insgesamt die Effizienz aller Energiesysteme gesteigert werden. Und außerdem muss ein Wechsel stattfinden, sowohl bei den Energieträgern