Wasserstoff und Brennstoffzellen - Die Broschüre zur Ausstellung ...
Wasserstoff und Brennstoffzellen - Die Broschüre zur Ausstellung ...
Wasserstoff und Brennstoffzellen - Die Broschüre zur Ausstellung ...
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
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