Kalte Verbrennung? Was für ein seltsamer Begriff! Wenn etwas brennt, entsteht doch eigentlich immer Wärme. Wie zum Beispiel bei einem Streichholz. Wie kann es da kalte Verbrennung geben? Die Wissenschaftler haben sich diese nette Bezeichnung ausgedacht – nicht um uns zu verwirren, sondern um das zu beschreiben, was im Inneren einer Brennstoffzelle passiert.
Schon bald sollen Brennstoffzellen auch in Kraftwerken eingesetzt werden – die Forscherinnen und Forscher arbeiten daran. Bild: DLR
Bestimmt hast du im Chemieunterricht schon einmal den Begriff „Elektrolyse“ gehört. Nein? Macht nichts! Hier die Erklärung: Bei diesem chemischen Prozess wird Wasser mit Hilfe von elektrischer Energie in seine beiden Bestandteile – nämlich Wasserstoff und Sauerstoff – zerlegt. Da blubbert es dann üblicherweise ein wenig und der Lehrer freut sich am Ende, wenn der Versuch geklappt hat.
In einer Brennstoffzelle passiert nun genau … nein, nicht dasselbe. So einfach machen wir es euch nun auch wieder nicht. Sondern genau das Gegenteil: Sie wandelt Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser um. Dieser chemische Prozess wird „kalte Verbrennung“ genannt, weil hierbei Energie freigesetzt wird – nur eben nicht wie beim Streichholz als Wärme, sondern als elektrische Energie. Brennstoffzellen sind also Stromlieferanten. Und den Strom kann man mit Leitungen in die Häuser liefern. Oder man kann ihn nutzen, um in Fahrzeugen Elektro-Motoren anzutreiben.
Blick ins Innere einer Brennstoffzelle
Schauen wir mal in eine Brennstoffzelle hinein: Sie besteht aus zwei „Abteilungen“ – und in jeder Abteilung befindet sich eine Elektrode. Elektroden – das sind Stäbe aus elektrisch leitendem Material. Die beiden Abteilungen sind durch den sogenannten „Elektrolyten“ – eine Trennschicht – voneinander getrennt. Auf der einen Seite, wo sich eine der Elektroden – die Kathode – befindet, strömt Sauerstoff ein. Die andere Elektrode – Anode genannt – wird von Wasserstoff umspült. Durch verschiedene chemische Prozesse reagieren die beiden Gase letztlich zu Wasser und dabei baut sich zwischen den Elektroden eine elektrische Spannung auf. Diese Spannung ist bei einer Brennstoffzelle erst einmal sehr gering. Deswegen baut man mehrere Brennstoffzellen zu einem Stapel zusammen. Auf diese Weise erhöht sich nämlich auch die Spannung.
Das Funktionsprinzip: Wasserstoff und Sauerstoff „reagieren“ und produzieren so elektrischen Strom. Bild: DLR
Ein großer Vorteil von Brennstoffzellen ist ihr hoher Wirkungsgrad. Das heißt: Bis zu 60 Prozent der eingesetzten Energie können in Strom umgewandelt werden. Im Vergleich dazu: Eine Gasturbine erreicht einen Wirkungsgrad von 40 Prozent – und das gilt eigentlich schon als relativ hoch.
Brennstoffzellen können auf verschiedene Weise betrieben werden. Aber umweltfreundlich ist die Brennstoffzelle nur, wenn es gelingt, den benötigten Brennstoff aus erneuerbaren Energien zu gewinnen. Und Wasserstoff – den man für diese Art von Brennstoffzellen eben braucht – kann mit Hilfe von erneuerbaren Energien erzeugt werden. Zum Beispiel mit Solarenergie. Da wir unsere Umwelt nicht weiter verschmutzen wollen, ist hier also umweltfreundlich erzeugter Wasserstoff die beste Lösung. Denn dann entstehen keine Schadstoffe. Nur Wasser – also ein ganz und gar harmloses Abfallprodukt.