View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

1 Einführung und Zielsetzung
In naher Zukunft zeichnet sich eine Erschöpfung der kostengünstig zu gewinnenden Erdölvorräte
ab. In Kombination mit Umwelt-Risiken wie dem zunehmenden Treibhauseffekt durch
Kohlendioxid-Emissionen erfordert dies eine mit der Klimapolitik eng verknüpfte, zielgerichtete
Politik der Ressourcenschonung. Bestandteil dieser Politik ist die Diversifizierung der verschiedenen
Energiequellen nach Energieträgern und geographischen Zonen. Dies ist die Basis einer
sicheren Energieversorgung, die nicht von politischen Entscheidungen oder Konflikten in den
wenigen, geopolitisch instabilen Erdölexportländern abhängig ist.
Zur Schonung der endlichen Ressourcen werden hocheffiziente Energieumwandler benötigt,
die chemisch gespeicherte Energie mit hohem Wirkungsgrad und geringen Schadstoffemissionen
in elektrischen Strom umwandeln. Derzeitige Umwandlungsaggregate wie beispielsweise
Verbrennungskraftmaschinen in Kombination mit Generatoren weisen bereits einen
hohen Entwicklungsstand auf, besitzen aber ein geringes Potential, die Effizienz durch Weiterentwicklungen
merklich zu steigern. Vor diesem Hintergrund sind neue Technologien zur
Energieumwandlung gefordert. Die eng mit der Wasserstofftechnologie verbundene Brennstoffzellentechnik
scheint die gestellten Anforderungen erfüllen zu können. Prinzipbedingt können
Brennstoffzellen einen höheren theoretischen Wirkungsgrad als die durch den Carnot-Faktor
begrenzten Kraft-Wärme-Prozesse erreichen. Brennstoffzellen können in sehr unterschiedlichen
Anwendungen und Leistungsklassen als Energieumwandler eingesetzt werden. In den Bereichen
der portabeln, mobilen und stationären Anwendungen sind die angestrebten Zielkosten
stark von der Leistungsklasse der Brennstoffzelle abhängig. Als Ersatz für Akkumulatoren
liegen die leistungsbezogenen Zielkosten der Brennstoffzellen in einem Leistungsbereich von
wenigen Watt bei ungefähr 5000 €/kW. Für brennstoffzellenbetriebene, stationäre Blockheizkraftwerke
beträgt dieser Wert 1.000–1.500 €/kW. Die größte Herausforderung stellen die Zielkosten
für im PKW-Antrieb eingesetzte Brennstoffzellen von circa 50 €/kW dar [1].
Um die genannten Anforderungen und Kostenziele erreichen zu können, wird an der Brennstoffzellentechnologie
weltweit intensiv geforscht. Brennstoffzellen werden in Deutschland als zukunftsweisende
Technologie eingestuft. Die von den Bundesministerien für die Brennstoffzellenforschung
bereitgestellte Fördersumme beträgt jährlich zwischen 16 und 26 M€ [2, 3]. Des Weiteren
werden im Rahmen des „Zukunftsinvestitionsprogramms (ZIP)“ Demonstrationsprojekte
im Zeitraum von 2001 bis 2005 jährlich mit rund 12 M€ unterstützt [4]. Das Budget für wasserstoff-
und brennstoffzellenbezogene Forschungs- und Entwicklungsprogramme der einzelnen
Bundesländer und der Europäischen Union addieren sich auf eine jährliche Fördersumme von
circa 25-35 M€ [3]. Die aus öffentlichen Mitteln bereitgestellte Gesamtfördersumme liegt somit
derzeit zwischen 55-70 M€/a. Die privaten Investitionen der Industrie in die Brennstoffzellentechnologie
sind schwierig zu beziffern, übersteigen die öffentlichen Mittel aber bei Weitem und
liegen in Deutschland bei mehreren einhundert Millionen Euro jährlich [3]. Die Brennstoffzellen-