Die Brennstoffzelle ist eine Schlüsseltechnologie für die Nutzung von Wasserstoff als saubere Energiequelle – sei es im Auto, im Zug, in Gebäuden oder in der Industrie. Doch wie genau funktioniert eine Brennstoffzelle? In diesem Beitrag erklären wir die Funktionsweise und Vorteile dieser faszinierenden Technologie.
Grundprinzip: Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff
Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff direkt in elektrische Energie um – ohne Verbrennung, fast lautlos und ohne schädliche Emissionen. Das einzige „Abfallprodukt“ ist Wasserdampf. Die erzeugte Energie kann direkt für den Antrieb eines Elektromotors, zur Stromversorgung oder zur Wärmeerzeugung genutzt werden.
Aufbau und Funktionsweise einer Brennstoffzelle
Eine einzelne Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten:
- Anode (Minuspol)
- Kathode (Pluspol)
- Elektrolytmembran, die die beiden Seiten trennt
So läuft der Prozess ab:
- Zufuhr von Wasserstoff: An der Anode wird Wasserstoffgas (H₂) zugeführt. Dort spalten Katalysatoren die Wasserstoffmoleküle in Protonen (H⁺) und Elektronen (e⁻).
- Trennung von Protonen und Elektronen:
- Die Protonen wandern durch die Elektrolytmembran zur Kathode.
- Die Elektronen können die Membran nicht passieren – sie fließen stattdessen über einen äußeren Stromkreis zur Kathode und erzeugen dabei elektrischen Strom.
- Reaktion mit Sauerstoff: An der Kathode treffen die Elektronen, Protonen und der zugeführte Sauerstoff (O₂) aus der Luft wieder zusammen. Es entsteht Wasser (H₂O) – in Form von Wasserdampf.
Arten von Brennstoffzellen
Es gibt verschiedene Typen von Brennstoffzellen, je nach Anwendung und verwendeter Technologie:
- PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane): Häufig in Fahrzeugen und für mobile Anwendungen eingesetzt. Sie arbeitet bei niedrigen Temperaturen und reagiert schnell auf Laständerungen.
- SOFC (Solid Oxide Fuel Cell): Hochtemperatur-Brennstoffzelle, besonders effizient für stationäre Anwendungen wie Kraftwerke oder Gebäudeversorgung.
- AFC, MCFC, PAFC: Weitere Typen mit speziellen Einsatzgebieten, z. B. in der Raumfahrt oder Industrie.
Vorteile der Brennstoffzellentechnologie
- Null-Emissionen: Es entsteht nur Wasserdampf – keine CO₂-, Feinstaub- oder NOx-Emissionen.
- Hoher Wirkungsgrad: Deutlich effizienter als klassische Verbrennungsmotoren.
- Leiser Betrieb: Keine beweglichen Teile wie Kolben oder Turbinen.
- Vielseitigkeit: Geeignet für Fahrzeuge, Gebäude, Notstromversorgung und Industrieanwendungen.
Fazit
Die Brennstoffzelle macht die direkte Nutzung von Wasserstoff möglich – effizient, leise und emissionsfrei. Damit ist sie eine der zentralen Technologien für die Energiewende und für eine klimafreundliche Zukunft.
