Die Brennstoffzelle ist ein Gerät zur Stromerzeugung, das die chemische Energie des Brennstoffs durch eine Redoxreaktion von Sauerstoff oder anderen Oxidationsmitteln in elektrische Energie umwandelt. Der gebräuchlichste Brennstoff ist Wasserstoff, dessen Entstehung als Umkehrreaktion der Wasserelektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff verstanden werden kann.
Anders als Raketen erzeugt die Wasserstoff-Brennstoffzelle keine kinetische Energie durch die heftige Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff, sondern setzt Gibbs-Energie im Wasserstoff mithilfe eines Katalysators frei. Ihr Funktionsprinzip beruht darauf, dass Wasserstoff durch einen Katalysator (üblicherweise Platin) an der positiven Elektrode der Brennstoffzelle in Elektronen und Wasserstoffionen (Protonen) gespalten wird. Die Protonen gelangen durch eine Protonenaustauschmembran zur negativen Elektrode und reagieren dort mit Sauerstoff zu Wasser und Wärme. Die entsprechenden Elektronen fließen über den externen Stromkreis von der positiven zur negativen Elektrode und erzeugen so elektrische Energie. Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren, die einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 40 % aufweisen, kann die Wasserstoff-Brennstoffzelle problemlos einen Wirkungsgrad von über 60 % erreichen.
Bereits vor wenigen Jahren galt Wasserstoffenergie aufgrund ihrer Vorteile wie Emissionsfreiheit, erneuerbarer Energie, schneller Wasserstoffanreicherung und großer Reichweite als die „ultimative Form“ neuer Antriebe für Fahrzeuge. Die technische Theorie der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist zwar ausgereift, doch die Industrialisierung verläuft schleppend. Eine der größten Herausforderungen für ihre Verbreitung ist die Kostenkontrolle. Diese umfasst nicht nur die Fahrzeugkosten selbst, sondern auch die Kosten für die Wasserstoffproduktion und -speicherung.
Die Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen hängt vom Aufbau einer entsprechenden Infrastruktur ab, darunter Wasserstoffproduktion, -speicherung, -transport und -betankung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugen, die zu Hause oder im Unternehmen langsam aufgeladen werden können, lassen sich Wasserstofffahrzeuge nur an Wasserstofftankstellen betanken. Daher ist der Bedarf an Ladestationen besonders hoch. Ohne ein flächendeckendes Wasserstofftankstellennetz ist die Entwicklung der Wasserstofffahrzeugindustrie unmöglich.
Veröffentlichungsdatum: 02.04.2021