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Wasserstoff und Brennstoffzellen - Die Broschüre zur Ausstellung ...

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Der Weg zu neuen Energiequellen<br />

<strong>Ausstellung</strong><br />

Brennstoffzelle


<strong>Ausstellung</strong><br />

Brennstoffzelle.<br />

<strong>Die</strong> Bewag Aktiengesellschaft gehört zu den leistungsfähigsten<br />

Strom- <strong>und</strong> Fernwärmeversorgern<br />

Westeuropas. Sie stellt Strom <strong>und</strong> Wärme<br />

überwiegend mittels Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />

ökologisch <strong>und</strong> Energie sparend bereit.<br />

Vieles spricht dafür, dass in naher Zukunft die<br />

bestehende zentrale Versorgung dezentral durch<br />

<strong>Brennstoffzellen</strong> unterstützt wird. In Verbindung<br />

mit <strong>Wasserstoff</strong> können sie zum Schlüsselbaustein<br />

moderner Energieversorgung werden.<br />

3 Einführung<br />

4 Am Anfang war das Feuer<br />

6 <strong>Die</strong> Grenzen des Wachstums<br />

8 Zivilisation im Energierausch<br />

10 Natürliche Alternativen<br />

12 Galaktisches Potenzial<br />

14 Nachts scheint die Sonne<br />

15 <strong>Die</strong> Zukunft heißt <strong>Wasserstoff</strong><br />

16 Beispiel Island<br />

18 Was ist eine Brennstoffzelle?<br />

19 Elektroden <strong>und</strong> Elektrolyt<br />

20 Seit 160 Jahren bekannt<br />

22 Eine Lösung für alle<br />

Das Demonstrationsprojekt Brennstoffzelle. Schon immer<br />

war die Bewag innovativer Wegbereiter neuer<br />

Technologien in der Energiewirtschaft. Das<br />

Berliner <strong>Brennstoffzellen</strong>projekt schließt an<br />

diese Tradition an. In einem Gemeinschaftsprojekt<br />

mit der HEW, Hamburgische Electricitäts-<br />

Werke AG, dem französischen Energieversorger<br />

Électricité de France, E.ON Energie AG <strong>und</strong> der<br />

VEAG,Vereinigte Energiewerke Aktiengesellschaft,<br />

wird hier erstmals in Europa die PEM-<strong>Brennstoffzellen</strong>technik<br />

im Demonstrationsmaßstab<br />

erprobt.<br />

2<br />

3<br />

<strong>Die</strong> <strong>Ausstellung</strong> Brennstoffzelle unterstreicht das Engagement<br />

der Bewag als innovatives <strong>und</strong> umweltbewusstes<br />

Unternehmen. Sie verdeutlicht die<br />

Bedeutung der Brennstoffzelle, spricht aktuelle<br />

Probleme der Energieversorgung an <strong>und</strong> zeigt<br />

Lösungswege auf.


Vor etwa 80.000 Jahren lernten die Menschen,<br />

Energie nutzbar zu machen<br />

Am Anfang<br />

war das Feuer.<br />

Wer die Bedeutung zukunftsweisender Energiequellen<br />

wie der Brennstoffzelle in ihrer ganzen<br />

Dimension verstehen will, kommt an einem<br />

Blick in die Geschichte nicht vorbei.<br />

4<br />

5<br />

Unsere Urahnen experimentierten lange Zeit mit<br />

natürlich entstandenem Feuer, bis sie vor etwa<br />

80.000 Jahren lernten, Feuer selbst zu entfachen.<br />

Nur wer das Licht <strong>und</strong> Wärme spendende<br />

Element dauerhaft besaß, konnte überleben.<br />

Um die Feuerstellen herum bildeten sich die<br />

Stämme der Vorzeit. <strong>Die</strong> Flammen boten Schutz<br />

vor wilden Tieren <strong>und</strong> spendeten Wärme,<br />

was vor allem in der Kälte der Eiszeit lebensnotwendig<br />

war. Über dem Feuer ließ sich<br />

schlecht Verdauliches oder gar Ungenießbares<br />

in schmackhafte Speisen verwandeln. Nicht<br />

zuletzt dürften die Feuerstellen auch eine<br />

wichtige Funktion für die soziale Entwicklung<br />

unserer Vorfahren gehabt haben. Sicherlich<br />

waren sie Orte der Geselligkeit, an denen<br />

die Gruppenmitglieder zusammenkamen,<br />

um Erfahrungen auszutauschen <strong>und</strong> weitere<br />

Unternehmungen zu planen.<br />

<strong>Die</strong> Kontrolle über das Feuer gehört<br />

zu den wichtigsten technologischen<br />

Errungenschaften überhaupt <strong>und</strong><br />

war ein entscheidender Schritt für<br />

die Entwicklung sowie den Fortbestand<br />

der Menschheit.


Anteile der Weltbevölkerung in Milliarden Menschen<br />

Entwicklungsländer<br />

Industrieländer<br />

ca. 9<br />

8<br />

ca. 8<br />

81 %<br />

83 %<br />

6<br />

4<br />

4,5<br />

72 %<br />

5,9<br />

76 %<br />

2<br />

0<br />

28 %<br />

1980<br />

24 %<br />

2000<br />

19 %<br />

2020<br />

17 %<br />

2040<br />

<strong>Die</strong> weltweiten Ressourcen sind endlich<br />

<strong>Die</strong> Grenzen<br />

des Wachstums.<br />

Nie zuvor lebten so viele Menschen auf unserer<br />

Erde. Eine Entwicklung, die sich dramatisch fortsetzt.<br />

Während die erste Milliarde im Jahr 1804<br />

erreicht wurde, kam am 12.10.1999 bereits der<br />

sechsmilliardste Mensch <strong>zur</strong> Welt. Es ist ungewiss,<br />

ob die Bevölkerung im 21. Jahrh<strong>und</strong>ert auf neun,<br />

elf oder vierzehn Milliarden anwächst. Das wird<br />

davon abhängen, inwieweit sich Maßnahmen der<br />

Familienplanung als erfolgreich erweisen.<br />

Doch mit jedem neuen Weltbürger wächst auch<br />

der Energieverbrauch <strong>und</strong> damit der Einsatz an<br />

fossilen Energieträgern (Kohle, Erdöl, Erdgas).<br />

<strong>Die</strong> Bewältigung des Bevölkerungswachstums <strong>und</strong><br />

der Weltenergieversorgung wird immer mehr <strong>zur</strong><br />

Schlüsselfrage für die Zukunft der Menschheit.<br />

0 %<br />

1860<br />

Bei anhaltendem Verbrauch werden die in<br />

einem Zeitraum von mehreren 100 Millionen<br />

Jahren entstandenen fossilen Energieträger<br />

innerhalb weniger Generationen aufgebraucht<br />

sein. <strong>Die</strong> Erschließung neuer Vorkommen wird<br />

technisch aufwendiger <strong>und</strong> damit zunehmend<br />

teurer. Bis 2020 wird der weltweit wachsende<br />

Energiebedarf voraussichtlich überwiegend<br />

durch Erdöl <strong>und</strong> Erdgas gedeckt werden müssen.<br />

Eine Neuorientierung in der Energieversorgung<br />

hängt davon ab, ob Technologien<br />

<strong>zur</strong> Erzeugung <strong>und</strong> Speicherung regenerativer<br />

Energien gegenüber fossilen Brennstoffen<br />

wettbewerbsfähig werden.<br />

Lebenszyklus der wichtigsten Energieträger<br />

80 %<br />

70 %<br />

60 %<br />

50 %<br />

40 %<br />

30 %<br />

20 %<br />

10 %<br />

Kohle<br />

traditionelle<br />

Biomasse<br />

Kernenergie<br />

Öl, Gas<br />

noch unerforschte<br />

Formen der<br />

Energiegewinnung<br />

regenerative<br />

Energien<br />

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040<br />

6<br />

7


<strong>Die</strong> Umwelt zahlt für den Fortschritt<br />

einen hohen Preis<br />

Zivilisation<br />

im Energierausch.<br />

Weltweit verbrauchen wir heute doppelt so<br />

viel Energie wie 1960. Im Jahr 2050 wird es<br />

wiederum doppelt so viel sein wie heute.<br />

Der Pro-Kopf-Verbrauch an Energie in Europa<br />

beträgt jährlich r<strong>und</strong> 5 t SKE (Steinkohleeinheiten),<br />

in Nordamerika bis zu 13 t SKE.<br />

Demgegenüber verbrauchen die Entwicklungsländer<br />

weniger als 1 t SKE pro Person <strong>und</strong><br />

Jahr. Somit fällt den Industrieländern, deren<br />

Anteil an der Weltbevölkerung nur 15 Prozent<br />

beträgt, im Hinblick auf den sinnvollen Umgang<br />

mit den weltweiten Energiereserven eine<br />

besondere Verantwortung zu.<br />

Der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre steigt. Sein Einfluss<br />

auf das Weltklima ist zwar noch nicht abschließend<br />

geklärt, aber vorläufigen Berechnungen zufolge wird die<br />

mittlere Lufttemperatur bis zum Jahre 2100 weltweit um<br />

1 bis 3,5 Kelvin steigen. Wissenschaftler sprechen von einem<br />

künstlichen Treibhauseffekt. Ein dramatischer Anstieg des<br />

Meeresspiegels, Überflutungen der Küstenbereiche <strong>und</strong><br />

die Ausbreitung von Trockengebieten sind nur ein paar der<br />

möglichen Folgen. Eine unmittelbare Lösung ist nicht in<br />

Sicht. Neue, kohlenstofffreie Energieträger <strong>und</strong> völlig andere<br />

Umwandlungstechniken können Abhilfe schaffen.<br />

8<br />

9<br />

Prognostizierter Weltenergieverbrauch<br />

in Mrd. t SKE (Steinkohleeinheiten)<br />

Das Engagement der Bewag<br />

Entwicklungsländer<br />

Industrieländer<br />

20<br />

15<br />

13,6<br />

36 %<br />

10,4<br />

10<br />

26 %<br />

64 %<br />

74 %<br />

5<br />

0<br />

1980 2000<br />

19,0<br />

49 %<br />

51 %<br />

2020<br />

27,0<br />

60 %<br />

40 %<br />

2040<br />

Bis Kohle, Erdöl <strong>und</strong> Erdgas durch andere Energiequellen<br />

ersetzt werden, heißt die technologische<br />

Herausforderung, möglichst viel Nutzenergie aus<br />

diesen Brennstoffen zu gewinnen, umgekehrt<br />

dabei aber unsere Umwelt spürbar zu entlasten.<br />

Eines der modernsten Kraftwerke Europas, das<br />

Bewag-Heizkraftwerk Mitte, kann beides: Durch<br />

die Kombination aus Gas- <strong>und</strong> Dampfturbinentechnik<br />

<strong>und</strong> die gekoppelte Erzeugung von Strom<br />

<strong>und</strong> Wärme nutzt es die Brennstoffenergie bis zu<br />

90 Prozent aus <strong>und</strong> leistet einen wesentlichen<br />

Beitrag <strong>zur</strong> Reduzierung des Treibhausgases CO 2 .


Seit Urzeiten dienen uns Wind <strong>und</strong> Wasser<br />

als Energiequellen<br />

Natürliche<br />

Alternativen.<br />

10<br />

11<br />

Der antike Handel, die Entdeckung Amerikas <strong>und</strong> das<br />

britische Empire – ohne die durch Windkraft angetriebenen<br />

Segelschiffe wäre die Geschichte der Menschheit<br />

sicherlich anders verlaufen. Heute symbolisieren moderne<br />

Windkraftanlagen die fortgeschrittene Entwicklung.<br />

Mit knapp 11.500 Windkraftanlagen ist Deutschland weltweit<br />

die Nummer eins. Eine installierte Gesamtleistung von<br />

ca. 8.750 Megawatt deckt ca. 3,5 Prozent unseres Strombedarfs<br />

(Stand 31.12.2001; Quelle B<strong>und</strong>esverband Wind-<br />

Energie e.V.). Als Folge des Erneuerbare-Energien-Gesetzes<br />

(EEG) vom 1.4.2000 ist weiterhin mit einer deutlichen Zunahme<br />

des Versorgungsanteils zu rechnen. Allerdings bleibt<br />

die Wirtschaftlichkeit der Anlagen aufgr<strong>und</strong> der Windabhängigkeit<br />

begrenzt. Große windenergetische Potenziale<br />

bieten die küstennahen Bereiche der Meere, die sich<br />

durch die so genannte Offshore-Technik nutzen lassen.<br />

5.500 Wasserkraftwerke mit einer installierten Gesamtleistung<br />

von 4.600 Megawatt decken drei Prozent des<br />

elektrischen Energiebedarfs in Deutschland. Im Hinblick<br />

auf die Erhaltung der Natur ist der Ausbau von Wasserkraftanlagen<br />

allerdings nur in begrenztem Maße verantwortbar.<br />

Windgeschwindigkeiten<br />

in Deutschland<br />

4 – 5 m /s<br />

> 5 m /s<br />

Wasserkraftwerke<br />

in Deutschland<br />

>10 MW


Höchste Zeit, dass wir das Kapital<br />

der Sonne nutzen<br />

Galaktisches<br />

Potenzial.<br />

<strong>Die</strong> Vorkommen regenerativer Energiequellen sind<br />

vorrangig auf die Einstrahlung der Sonne <strong>zur</strong>ückzuführen.<br />

So strahlt sie in einer St<strong>und</strong>e eine Energiemenge<br />

auf unsere Erde, die dem jährlichen Energieverbrauch<br />

der gesamten Menschheit entspricht. Das<br />

Problem, erneuerbare Energieformen (Sonnenenergie,<br />

Windenergie, Wasserkraft <strong>und</strong> Biomasse) großtechnisch<br />

für uns nutzbar zu machen, liegt in der fehlenden<br />

Überbrückung zeitlicher <strong>und</strong> regionaler Energieangebote<br />

<strong>und</strong> dem permanenten weltweiten Energiebedarf.<br />

Erst die Lösung des Speicher- <strong>und</strong> Transportproblems<br />

sowie die Verteuerung fossiler Energieträger als Folge<br />

ihrer Verknappung werden dies ändern <strong>und</strong> den Anteil<br />

regenerativer Energiequellen am Weltenergieverbrauch<br />

entscheidend erhöhen.<br />

12<br />

13<br />

605<br />

579<br />

Nutzbares globales Wasserkraftpotenzial in GWh/a<br />

500<br />

400<br />

300<br />

200<br />

100<br />

0<br />

26<br />

Asien<br />

46<br />

41<br />

5<br />

Australien<br />

Entwicklungsländer<br />

Industrieländer<br />

251<br />

212<br />

39<br />

Mittlerer<br />

Osten<br />

160<br />

103<br />

57<br />

Europa<br />

354<br />

346<br />

8<br />

Afrika<br />

434<br />

406<br />

28<br />

76<br />

76<br />

Grönland<br />

354<br />

289<br />

65<br />

Südamerika<br />

Nordamerika<br />

Das Engagement der Bewag<br />

<strong>Die</strong> Bewag engagiert sich seit Jahren im Bereich<br />

regenerativer Energien. Nach ersten eigenen<br />

Pilotanlagen <strong>zur</strong> Nutzung von Sonne <strong>und</strong> Wind<br />

in den 80er-Jahren wurden die Aktivitäten gezielt<br />

ausgebaut. Mit dem Programm „Energie 2000“<br />

investierte die Bewag seit 1997 ca. 40 Mio. DM in<br />

die Förderung insbesondere von Photovoltaik-<br />

Anlagen. Entsprechend den Markterfordernissen<br />

wird das Engagement konsequent fortgesetzt,<br />

z.B. durch das vollständig aus regenerativen<br />

Energien erzeugte Stromprodukt „ÖkoPur“.


<strong>Wasserstoff</strong> speichert regenerative Energien<br />

<strong>Die</strong> Zukunft<br />

heißt <strong>Wasserstoff</strong>.<br />

Unendlich viel Strom <strong>und</strong> Wärme<br />

Nachts scheint<br />

die Sonne.<br />

Wenn wir Sonnenenergie wirtschaftlich speichern können,<br />

verfügen wir über unendlich viel Strom <strong>und</strong> Wärme – auch<br />

nachts. <strong>Die</strong> Schwankungen in der Verfügbarkeit regenerativer<br />

Energien erfordern einen Sek<strong>und</strong>är-Energieträger. Hier<br />

bietet sich <strong>Wasserstoff</strong> an, denn seine Speichereigenschaften<br />

sind denen einer Batterie deutlich überlegen. <strong>Wasserstoff</strong><br />

lässt sich mittels Elektrolyse aus Wasser gewinnen <strong>und</strong> gut<br />

transportieren. Der hierfür notwendige Strom kann umweltschonend<br />

erzeugt werden. Zum Beispiel, indem beim Verbraucher<br />

mittels Brennstoffzelle <strong>Wasserstoff</strong> in Strom <strong>und</strong><br />

Wärme umgewandelt wird. Dadurch ist eine kontinuierliche<br />

Nutzung von Solar- <strong>und</strong> Windstrom möglich. Regenerativ<br />

erzeugter <strong>Wasserstoff</strong> bietet die Voraussetzung, den Strombedarf<br />

genau dann zu decken, wenn er entsteht.<br />

<strong>Wasserstoff</strong> kommt in der Natur nur in chemisch<br />

geb<strong>und</strong>ener Form, vor allem in Wasser, vor.<br />

Davon haben wir reichlich. 75 Prozent unserer<br />

Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. <strong>Wasserstoff</strong><br />

muss jedoch aus seiner chemischen Verbindung<br />

gelöst werden. Dafür stehen verschiedene<br />

Technologien <strong>zur</strong> Verfügung. <strong>Die</strong> Elektrolyse<br />

spaltet Wasser in die Gase <strong>Wasserstoff</strong> <strong>und</strong><br />

Sauerstoff. Bei der Dampfreformierung wird der<br />

<strong>Wasserstoff</strong> unter Zufuhr von Energie (Erdgas)<br />

aus dem Wasserdampf abgespalten. Andere<br />

denkbare Verfahren sind die katalytische Hochtemperaturspaltung<br />

von Wasser sowie der Einsatz<br />

von <strong>Wasserstoff</strong> produzierenden Bakterien.<br />

Der erzeugte <strong>Wasserstoff</strong> wird in Druckgas- oder<br />

Flüssiggastanks gespeichert. <strong>Wasserstoff</strong> wird<br />

bei –254 °C flüssig. Technisch geschieht dies<br />

durch Komprimieren <strong>und</strong> Kühlen mit flüssigem<br />

Stickstoff. Für den Transport können vorhandene<br />

Infrastrukturen wie z. B. Pipelines oder Tanks<br />

auf LKWs genutzt werden. <strong>Wasserstoff</strong> hat kein<br />

größeres Gefährdungspotenzial als die Energieträger<br />

Erdgas, Propan, Benzin <strong>und</strong> Heizöl.<br />

14<br />

15<br />

+ –<br />

+ –<br />

H 2 H 2<br />

O 2 O 2<br />

H 2 O<br />

Elektrolyse<br />

Das Prinizip einer Solar-<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage<br />

Photovoltaik<br />

Speicherung<br />

Transport<br />

Brennstoffzelle<br />

H 2 O<br />

Das Engagement der Bewag<br />

Im Rahmen des Berliner <strong>Brennstoffzellen</strong>projektes<br />

wird die zukünftige<br />

<strong>Wasserstoff</strong>wirtschaft unter realen<br />

Bedingungen demonstriert. Mit Hilfe<br />

des durch Photovoltaik gewonnenen<br />

Stroms wird <strong>Wasserstoff</strong> erzeugt.<br />

Anschließend wird das entstandene<br />

Gas in der Brennstoffzelle <strong>zur</strong> Energieerzeugung<br />

genutzt.


Island setzt als erstes Land der Welt<br />

auf die <strong>Wasserstoff</strong>wirtschaft<br />

Beispiel<br />

Island.<br />

Island sowie seine europäischen Partner verfolgen das Ziel,<br />

auf der Insel die erste <strong>Wasserstoff</strong>wirtschaft der Welt einzuführen.<br />

Das Land besitzt keine fossilen Brennstoffe, aber<br />

im Überfluss regenerative Energien, insbesondere Erdwärme<br />

<strong>und</strong> Wasserkraft. Ortsfeste Energieverbraucher<br />

werden nahezu ausschließlich aus diesen Quellen versorgt.<br />

In der Hauptstadt Reykjavík werden sogar die Straßen<br />

beheizt. Dennoch importiert das Land etwa ein Drittel<br />

seines Gesamtenergiebedarfs in Form von Mineralölprodukten,<br />

um Autos, Busse <strong>und</strong> Fischerboote zu versorgen.<br />

Das soll sich in Zukunft ändern.<br />

16<br />

17<br />

Es ist geplant, statt <strong>Die</strong>sel <strong>und</strong> Benzin <strong>Wasserstoff</strong> einzusetzen.<br />

<strong>Die</strong>ser wird mit Hilfe erneuerbarer Primärenergien<br />

hergestellt. Langfristig soll der gesamte öffentliche <strong>und</strong><br />

private Verkehr <strong>und</strong> die umfangreiche isländische Fischereiflotte<br />

auf die <strong>Brennstoffzellen</strong>technik umgestellt werden.<br />

Stoffströme der <strong>Wasserstoff</strong>wirtschaft<br />

erneuerbare<br />

Energien<br />

Transport, Speicherung<br />

Umsetzung<br />

Sauerstoff<br />

Sauerstoff<br />

W as se r<br />

Nutzenergie<br />

Wasser<br />

<strong>Wasserstoff</strong><br />

Umgebung<br />

Steinkohle 12,0<br />

Benzin 9,1<br />

flüssiges Erdgas 5,8<br />

Methanol 4,4<br />

gasförmiges Erdgas 2,6<br />

flüssiger <strong>Wasserstoff</strong> 2,4<br />

gasförmiger <strong>Wasserstoff</strong> (200 bar)<br />

Batterien bis zu 0,1<br />

<strong>Wasserstoff</strong> Erdgas 33,3<br />

13,8<br />

Benzin 12,0<br />

Steinkohle 8,4<br />

Methanol 5,5<br />

Batterien bis zu 0,1<br />

Energieinhalt, bezogen auf das Volumen, in kWh/l<br />

0,6<br />

(–162 °C)<br />

(200 bar)<br />

(–253 °C)<br />

Energieinhalt, bezogen auf die Masse, in kWh/kg


<strong>Brennstoffzellen</strong> erzeugen Gleichstrom<br />

Elektroden<br />

<strong>und</strong> Elektrolyt.<br />

Chemische Energie verwandelt sich in Strom<br />

Was ist eine<br />

Brennstoffzelle?<br />

<strong>Brennstoffzellen</strong> erzeugen Strom aus <strong>Wasserstoff</strong> <strong>und</strong> Sauerstoff<br />

– ohne schädliche Emissionen <strong>und</strong> damit äußerst<br />

umweltfre<strong>und</strong>lich. In unterschiedlichem Ausmaß fällt dabei<br />

Wärme an, als „Abfallprodukt“ entsteht Wasser. Wie Batterien<br />

<strong>und</strong> Akkumulatoren gehören <strong>Brennstoffzellen</strong> zu den<br />

elektrochemischen Energiewandlern, die man auch als<br />

„galvanische Elemente“ bezeichnet. Im Unterschied <strong>zur</strong><br />

Batterie ist aber der Energievorrat, aus dem sie den Strom<br />

erzeugen, nicht in der Zelle gespeichert, sondern wird<br />

kontinuierlich von außen zugeführt. Sie können deshalb<br />

so lange Strom erzeugen, wie die Zufuhr von <strong>Wasserstoff</strong><br />

<strong>und</strong> Sauerstoff andauert.<br />

<strong>Die</strong> PEM-Brennstoffzelle wird im Rahmen des Berliner Demonstrationsprojektes<br />

erstmalig in Europa eingesetzt<br />

Im Prinzip bestehen alle <strong>Brennstoffzellen</strong> aus<br />

zwei porösen Flächen (Elektroden), die durch<br />

eine dritte Fläche (Elektrolyt) voneinander<br />

getrennt sind. An die eine Elektrode wird <strong>Wasserstoff</strong><br />

herangeführt, an die andere Sauerstoff.<br />

Ohne den Elektrolyt würden sich beide Gase<br />

vermischen. Es käme dann allenfalls zu einer<br />

normalen Verbrennung bzw. zu einer Knallgasreaktion.<br />

Der Elektrolyt bewirkt jedoch statt der<br />

normalen Verbrennung eine elektrochemische<br />

Reaktion: An der einen Elektrode (Anode) bilden<br />

sich positiv geladene <strong>Wasserstoff</strong>-Ionen <strong>und</strong><br />

an der anderen Elektrode (Kathode) negativ geladene<br />

Sauerstoff-Ionen. Dadurch entsteht eine<br />

elektrische Spannung zwischen den beiden<br />

Elektroden, wie zwischen den Polen einer Batterie.<br />

Und wie bei dieser lässt sich diese Spannung<br />

praktisch nutzen, wenn man die Elektroden über<br />

einen äußeren Stromkreis miteinander verbindet.<br />

Funktionsweise einer Brennstoffzelle<br />

elektrischer<br />

Verbraucher<br />

Reaktionswasser<br />

18<br />

19<br />

Not-Kühleinrichtung<br />

<strong>Wasserstoff</strong><br />

Sauerstoff<br />

Dampfreformer<br />

Wechselrichter<br />

überschüssiger<br />

<strong>Wasserstoff</strong><br />

überschüssiger<br />

Sauerstoff<br />

<strong>Brennstoffzellen</strong>stapel<br />

Befeuchtungsmodul<br />

Shift Reaktor<br />

elektrische Steuerung<br />

Anode<br />

Elektrolyt<br />

Kathode


Sir William Grove<br />

(1811–1896) konstruierte<br />

die erste<br />

Brennstoffzelle<br />

ca. 1 V<br />

<strong>Die</strong> praktische Nutzung der Brennstoffzelle<br />

erwies sich bisher als recht schwierig<br />

Seit 160 Jahren<br />

bekannt.<br />

Bereits 1839 konstruierte der Engländer<br />

Sir William Robert Grove (1811–1896) die<br />

erste Brennstoffzelle. Ihre Weiterentwicklung<br />

erwies sich jedoch als derart schwierig, dass<br />

Groves Konzept fast 100 Jahre nicht weiterverfolgt<br />

wurde <strong>und</strong> beinahe in Vergessenheit<br />

geriet. Seine <strong>Brennstoffzellen</strong> hatten<br />

Elektroden aus Platin, die innerhalb eines<br />

Glasröhrchens mit dem unteren Teil in verdünnte<br />

Schwefelsäure als Elektrolyt eintauchten,<br />

während sie im oberen Teil des<br />

Glasröhrchens von <strong>Wasserstoff</strong> bzw. Sauerstoff<br />

umspült wurden. Das reichte, um eine<br />

Spannung von etwa einem Volt zu erzeugen.<br />

H 2<br />

<strong>Die</strong> historische Brennstoffzelle von Grove (1839)<br />

Um aus der Brennstoffzelle eine wirklich<br />

leistungsfähige Stromquelle zu<br />

machen, bedurfte es noch erheblicher<br />

technischer Anstrengungen. Einen<br />

wesentlichen Beitrag zum Verständnis<br />

der elektrochemischen Vorgänge,<br />

welche die Energieumwandlung bei<br />

der Elektrolyse bzw. den umgekehrten<br />

Prozess in der Brennstoffzelle bewirken,<br />

leistete der englische Physiker<br />

Michael Faraday (1791–1867), der u. a.<br />

so gr<strong>und</strong>legende Begriffe wie Ionen,<br />

Elektrolyt, Elektroden, Kathode<br />

<strong>und</strong> Anode prägte.<br />

Michael Faraday<br />

(1791–1867) erklärte<br />

die Stromleitung<br />

im Wasser<br />

mittels der Ionen<br />

Meilensteine auf dem Weg, die Brennstoffzelle<br />

zu verstehen, waren des<br />

Weiteren die Arbeiten des deutschen<br />

Physikers Rudolf Clausius (1822–1888),<br />

des schwedischen Wissenschaftlers<br />

Svante Arrhenius (1859–1927) <strong>und</strong> des<br />

deutschen Physiker Walther Kossel<br />

(1888 –1956).<br />

20<br />

21<br />

O 2<br />

O 2 H 2<br />

Elektrolyseur<br />

Platinelektrode<br />

Schwefelsäure<br />

Svante Arrhenius<br />

(1859 –1927)<br />

stellte 1887 die<br />

Ionentheorie auf


<strong>Wasserstoff</strong> kann vielseitig eingesetzt<br />

werden – für Kraft, Licht <strong>und</strong> Wärme<br />

Eine Lösung<br />

für alle.<br />

<strong>Die</strong> ersten praktisch nutzbaren <strong>Brennstoffzellen</strong><br />

wurden für den Einsatz in U-Booten<br />

<strong>und</strong> Raumfahrzeugen entwickelt. Bei den<br />

Mondlandungen im Rahmen des Apollo-<br />

Programms deckten <strong>Brennstoffzellen</strong> den<br />

Strombedarf des Raumschiffs <strong>und</strong> lieferten<br />

zugleich Trinkwasser für die Astronauten.<br />

Heute arbeitet man daran, <strong>Brennstoffzellen</strong><br />

als Kraftwerke für die Stromversorgung, als<br />

Energielieferanten für Elektroautos, als<br />

Batterieersatz für Handys oder Notebooks<br />

<strong>und</strong> andere Zwecke einzusetzen. So können<br />

<strong>Brennstoffzellen</strong> als Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />

zukünftig Industriebetriebe oder<br />

Siedlungen dezentral mit Strom <strong>und</strong> Wärme<br />

versorgen. Mit kleineren, virtuell vernetzten<br />

<strong>Brennstoffzellen</strong>anlagen könnten in naher<br />

Zukunft die Eigentümer von Einfamilienhäusern<br />

Strom <strong>und</strong> Wärme selbst erzeugen.<br />

Zu den derzeit populärsten Beispielen für die Anwendung<br />

dieser Technologie zählt der von DaimlerChrysler<br />

gemeinsam mit Ford <strong>und</strong> dem kanadischen Unternehmen<br />

Ballard Power Systems Inc. entwickelte Necar, der<br />

mit einer Tankfüllung von 40 l Methanol eine Reichweite<br />

von 400 km erzielt <strong>und</strong> hierbei <strong>zur</strong> Gewinnung eines<br />

wasserstoffreichen Synthesegases für die Brennstoffzelle<br />

einen Reformer nutzt. Alle erforderlichen Anlagen befinden<br />

sich an Bord des Autos. Im Unterschied zu Fahrzeugen<br />

mit Verbrennungsmotoren ist der Necar fast<br />

emissionsfrei <strong>und</strong> sehr leise. Und was verlässt den Auspuff?<br />

Im wesentlichen Wasserdampf!<br />

Das Engagement der Bewag<br />

Das Demonstrationsprojekt soll in einem mehrjährigen<br />

Probelauf Erkenntnisse über den wirtschaftlichen<br />

Einsatz der <strong>Brennstoffzellen</strong> bringen,<br />

um für diese Technik frühzeitig Marktpotenziale<br />

erschließen zu können. <strong>Die</strong> Projektkosten für<br />

die Planung <strong>und</strong> Errichtung betrugen insgesamt<br />

7,5 Millionen Mark. Im Rahmen des „Thermie“-<br />

Förderprogramms finanziert die Europäische<br />

Kommission in Brüssel die Anlage zu 40 Prozent.<br />

<strong>Die</strong> restlichen 60 Prozent wurden von der Bewag<br />

<strong>und</strong> ihren Partnern aufgebracht.<br />

22<br />

23


Schlesisches Tor<br />

E-Mail<br />

Internet<br />

Bewag Aktiengesellschaft<br />

Puschkinallee 52<br />

12435 Berlin<br />

bewag@bewag.com<br />

www.bewag.de<br />

<strong>Ausstellung</strong><br />

Brennstoffzelle<br />

Puschkinallee<br />

Eichenstr. /<br />

Puschkinallee 52<br />

Treptower Park<br />

<strong>Ausstellung</strong> Brennstoffzelle<br />

Eichenstraße 7/Ecke Puschkinallee<br />

12435 Berlin-Treptow<br />

S-Bahnhof Treptower Park<br />

U-Bahnhof Schlesisches Tor/Bus 265<br />

<strong>Die</strong>nstag bis Freitag 9–17 Uhr<br />

Samstag <strong>und</strong> Sonntag 13 –17 Uhr<br />

Montag geschlossen<br />

Telefon<br />

Telefax<br />

E-Mail<br />

Internet<br />

Information:<br />

030-267-1 11 38<br />

030-267-1 03 13<br />

info@innovation-brennstoffzelle.com<br />

www.innovation-brennstoffzelle.de<br />

www.fuelcellpark.com<br />

April 2002

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