Fuel cells

Sind unsere Energiequellen endlich?

Unser Stern, die Sonne, liefert noch mindestens für 4 Milliarden Jahre ausreichend Energie.
Die tägliche Sonneneinstrahlung auf die Oberfläche der Erde beträgt etwa 165 Watt pro Quadratmeter. Diese Energie hält die Erdatmosphäre in Bewegung, erzeugt das Wetter - Wind und Regen - und wird von Pflanzen und einzelligen Algen verwendet, um Biomasse zu erzeugen. Ein kleiner Teil der Energie wurde über Millionen von Jahren konserviert - als Kohle, Erdöl und Erdgas. In den letzten 200 Jahren haben wir aber schon einen großen Teil dieser Vorräte an fossilen Energieträgern verbraucht. Wenn wir so weitermachen, brauchen wir im Jahre 2050 die Vorräte von drei Erden! Dabei ist die Sonnenenergie, die ständig auf der Erde ankommt, mehr als ausreichend: Sie beträgt das etwa 5.000-fache des derzeitigen Tagesenergieverbrauchs der gesamten Menschheit. Das Problem besteht in der Gewinnung und Speicherung.

Wie kann man Energie speichern?

Ein einfacher Aufbau zur Untersuchung von Energieumwandlungen im DLR_School_Lab Köln. (V.l.n.r.: Solarzelle, Elektrolyseur, Brennstoffzelle, Messgerät und Verbraucher)

Wind- und Wasserkraft, die über "Umwege" ja letztlich auch Sonnenenergie enthalten, nutzt der Mensch schon seit Jahrtausenden. Und jeder kennt inzwischen Geräte, die Strom aus Lichtenergie erzeugen. Aber sind in unseren Breiten solche Verfahren wirklich wirtschaftlich? Wie soll man die Energie speichern? Was hätte man von einem solargetriebenen Auto, das bei jeder Wolke langsamer fährt und des Nachts stehen bleibt? Akkus und chemische Energieträger werden zurzeit erprobt und verbessert.

Wasserstoff könnte ein chemischer Energieträger der Zukunft sein. Er ist umweltfreundlich, denn er kann direkt aus der Spaltung von Wasser hergestellt werden und verbrennt ohne Rückstände wieder zu Wasser. - Entweder in einer heißen Flamme oder "kalt" in einer Brennstoffzelle, in der direkt elektrischer Strom entsteht. Brennstoffzellen, prinzipiell schon seit 1838 bekannt, wurden in den 60er Jahren für die Raumfahrt weiterentwickelt. Schon in der Apollo-Kapsel wurden sie bei den Mondmissionen als Stromlieferanten eingesetzt - was allerdings bei Apollo 13 zu einer sehr kritischen Situation führte.

Es wird höchste Zeit!

Antares, ein Forschungsflugzeug des DLR mit Brennstoffzellenantrieb

Ja, es gibt sie schon, Autos und Busse, die mit Wasserstoff fahren. Der Motorsegler Antares, der vom DLR entwickelt wurde, ist das erste durch eine Brennstoffzelle angetriebene, selbst startfähige Flugzeug. Aber damit die Wasserstofftechnologie in vielen Anwendungen zur Serienreife kommen kann, bleibt noch einiges an Forschungsarbeit zu tun. Im Experiment werdet Ihr einige der Probleme kennenlernen.
Die Zeit wird knapp: Die Herausforderung einer erneuerbaren Energieversorgung der Erde muss noch in Eurer Generation gelöst werden.

Experimentbeschreibung Brennstoffzellen (1.45 MB)