Die Brennstoffzelle ist die Alternative zur Stromerzeugung über einen Motor oder eine Turbine. In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff in einer kontrollierten Reaktion miteinander zu Wasser. Beide Gase sind durch einen Elektrolyten (Membran) voneinander getrennt und tauschen nur über einen elektrischen Leiter Elektronen aus. Durch den Elektronenfluss wird die Brennstoffzelle zur Stromquelle. Die dabei entstehende Wärme wird wie bei der Kraft-Wärme-Kopplung genutzt.
Bei der Verwendung von reinem Wasserstoff gibt es keine Abgase oder andere Schadstoffe, da das Verbrennungsprodukt Wasser ist. Außerdem verläuft der Verbrennungsprozess im Gegensatz zur Kraft-Wärmekopplung nahezu lautlos.
Um eine Brennstoffzelle mit Erdgas zu betreiben, muss das Erdgas in einem chemischen Prozess zerlegt (reformiert) werden. Bei diesem Prozess entstehen kaum noch die bei der Verbrennung bekannten Schadstoffe. Auch die CO2-Emissionen sind rund um ein Viertel niedriger.
Gebräuchlich sind folgende Typen von Brennstoffzellen, die sich vor allem durch die unterschiedlichen Materialien von Elektrolyten (Membranen) unterscheiden:
| Bezeichnung | Beschreibung |
|---|---|
| AFC (Alkaline Fuel Cell) Alkalische Brennstoffzellen |
Elektrolyt: Kalilauge (KOH) Betriebstemperatur: <80°C Brennstoff: Hochreiner Wasserstoff oder CO2-freies Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 45-60% Leistungsbereich: 100 W..100 kW Entwicklungsstand: kommerziell verfügbar Einsatzbereiche: Raumfahrt, Militärtechnik |
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PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)
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Elektrolyt: Polymermembran Betriebstemperatur: 10..100°C Brennstoff: Wasserstoff, Methanol oder Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 40-60% Leistungsbereich: 100 W..10 MW Entwicklungsstand: Prototypen Einsatzbereiche: Fahrzeugantriebe, Hausenergieversorgung, portable Anwendungen |
| PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) Phosphorsaure Brennstoffzellen |
Elektrolyt: Phosphorsäure (H3PO4) Betriebstemperatur: 150..250°C Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas oder Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 40-50% Leistungsbereich: 200kW..10 MW Entwicklungsstand: Kleinserie Einsatzbereiche: Heizkraftwerke |
| MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen |
Elektrolyt: Alkalicarbonat-Mischschmelze aus Lithium- und Kaliumcarbonat Betriebstemperatur: 580-675°C Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas (Methan CH4) oder Kohlegas Elektrischer Wirkungsgrad: 45-50% Leistungsbereich: >100 MW Entwicklungsstand: Prototypen Einsatzbereiche: Heizkraftwerke, Kraftwerke |
| SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Oxidkeramische Brennstoffzellen |
Elektrolyt: oxydkeramischer Elektrolyt Betriebstemperatur: 650..1.000°C Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas (Methan CH4) oder Kohlegas Elektrischer Wirkungsgrad: 55-66% Leistungsbereich: bis >100 MW Entwicklungsstand: Prototypen Einsatzbereiche: Hausenergieversorgung, Heizkraftwerke, Kraftwerke |
Für die Verwendung zur Stromerzeugung und Beheizung von Gebäuden werden vor allem Brennstoffzellen vom Typ PEMFC und SOFC eingesezt. Erste Geräte stehen kurz vor der Markteinführung.
Förderung
Brennstoffzellen werden wie Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) mit einem Zuschlag von 5,11 Cent/kWh zum Strompreis, jedoch für die Dauer von 10 Jahren gefördert.