Stiftung PHÄNOMENTA Lüdenscheid

Brennstoffzelle

Lfdn Nr 127Mit dem Strom aus der Solarzelle wird das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten.
In der Brennstoffzelle läuft die Reaktion wieder rückwärts ab.

WORUM GEHT ES?
In der Brennstoffzelle wird chemische Energie in elektrischen Strom umgewandelt. Sie galt lange Zeit als aussichtsreicher Kandidat für eine umweltfreundliche Stromerzeugung, weil sie anders als z.B. Kohlekraftwerke kein Kohlendioxid, sondern Wasser als Endprodukt erzeugt.

Dass die Brennstoffzelle Strom erzeugt, ist an dem rotierenden Propeller leicht zu erkennen. Auch dass dieser Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen wird, ist vielen bekannt. Bleiben zwei Fragen: Warum kommt es nicht zur gefürchteten Knallgasexplosion? Und woher kommt der Wasserstoff, der in dem umweltfreundlichen Energielieferanten verbraucht wird?

WESHALB IST DAS SO?
In der Brennstoffzelle wird chemische Energie in elektrischen Strom umgewandelt. Die beiden Hauptsubstanzen, die bei der Brennstoffzelle benutzt werden, sind Wasserstoff und Sauerstoff. Sie werden durch eine Membran getrennt und sind nur durch zwei Elektroden außen miteinander verbunden. In der Wasserstoffkammer werden an der Elektrode Elektronen aus dem Wasserstoff herausgelöst, die dann über ein Kabel zur Sauerstoffkammer fließen. Dort werden sie an der Elektrode an die Sauerstoffatome abgegeben und gebunden. Der dabei entstehende elektrische Strom zwischen den Elektroden kann zum Betreiben von elektrischen Geräten benutzt werden. Die übrig bleibenden positiv geladenen Wasserstoffionen sind jetzt so klein, dass sie durch die Membran in den Sauerstofftank gelangen können. Dort reagieren sie mit den negativ geladenen Sauerstoffionen zu Wasser. Weil Wasserstoff und Sauerstoff bei Raumtemperatur und normalen Druckverhältnissen gasförmig sind, müssen sie getrennt voneinander aufbewahrt werden, um ungewollte Reaktionen zu vermeiden. Denn werden die beiden Stoffe miteinander vermischt, reagieren sie unter Wärmezufuhr in einer Knallgasexplosion. Die dabei entstehende Wärme kann aber nicht genutzt werden, um Arbeit zu verrichten.

Alltagsbezug
Da Wasserstoff in der Natur nur in gebundener Form vorkommt, z.B. im Wasser oder Methan (Erdgas), muss er zuvor separiert werden. Geschieht das über eine Reformierung von Erdgas, entsteht zum einen Kohlendioxid und zum anderen ist man abhängig von fossilen Brennstoffen. Das ist wenig wünschenswert, weil sie in Zukunft zur Neige gehen werden.

Erzeugt man Wasserstoff hingegen über eine Elektrolyse, wie bei der Brennstoffzelle in der PHÄNOMENTA, entsteht kein Kohlendioxid. Allerdings braucht man bei der Elektrolyse zur Gewinnung von Wasserstoff Strom. Entsteht dieser in Kohlenkraftwerken ist man erneut abhängig von fossilen Brennstoffen. Gewinnt man den benötigten elektrischen Strom aber mit umweltfreundlichen Methoden, z.B. über Solaranlagen oder Windräder, erzeugt man kein Kohlendioxid und ist gleichzeitig unabhängig von fossilen Brennstoffen. So wird in der Brennstoffzelle der PHÄNOMENTA der benötigte Strom zur Elektrolyse über eine Solarzelle gewonnen.

Der technische Einsatz von Brennstoffzellen ist vor allem in energieautarken Systemen wie in U-Booten oder in der Raumfahrt interessant, aber auch in mit Brennstoffzellen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen.

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