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Anwendungen:Die ersten Anwendungen der Brennstoffzellen ergaben sich in Bereichen, in denen die Kosten keine Rolle spielten, dagegen die spezifischen Vorteile gegenüber billigen Dieselgeneratoren überwogen. Brennstoffzellen sind leichter und effizienter als Akkumulatoren und zuverlässiger und leiser als Generatoren. So erklärt sich das frühzeitige Interesse des Militärs und der Raumfahrt an dieser Technik.
Energiewirtschaft: Energiewirtschaft: • Die Umwandlung von Primärenergie in Wasserstoff ist effizienter als die Umwandlung von Primärenergie zu Strom. Das ist einer der Gründe, weshalb eine solare Wasserstoffwirtschaft der heutigen Energiewirtschaft ökonomisch überlegen wäre. In der Praxis hat etwa die Kette Solarstrom → Wasserstoff → Brennstoffzellen-PKW einen besseren Wirkungsgrad als die Kette Solarstrom → Stromnetz → Batterie → Elektro-PKW. Eine solare Wasserstoffwirtschaft wäre überdies emissionsfrei und klimaneutral.
Mobiler Einsatz: • Erstmals zum Einsatz kamen mobile Brennstoffzellen in der Raumfahrt. Seit etwa 10 Jahren erforscht die Automobilindustrie intensiv den Einsatz von Brennstoffzellen in PKW und Bussen. Mit einer breiten Markteinführung ist nach Expertenmeinung jedoch erst im nächsten Jahrzehnt zu rechnen. Ein großes Hindernis ist der Aufbau einer entsprechenden Tankstellen-Infrastruktur, die eine Versorgung mit Wasserstoff ermöglicht. Des Weiteren sind die Preise der bislang entwickelten Systeme noch zu hoch. Hinzu kommen ungelöste technische Herausforderungen. So gilt es u.a. sicherzustellen, dass die Systeme auch bei Minusgraden bei längeren Stillstandszeiten im Winter nicht einfrieren und ohne Probleme gestartet werden können. F&E-Bedarf besteht darüber hinaus auch in den Bereichen Komponenten-Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Zudem muss die Effizienz für den Serienbetrieb verbessert werden.Daimler-Chrysler z.B. hat seit 1994 unterschiedliche Konzepte für Brennstoffzellenfahrzeuge an den Forschungsfahrzeugen NECAR 1 bis NECAR 5 bzw. der F-Cell-A-Klasse erprobt. Auf dem Genfer Autosalon 2005 Anfang März hat wurde die nächste Generation, den Mercedes F-Cell-B-Klasse angekündigt und vorgestellt. Die F-Cell-B-Klasse verfügt nach Angaben des Automobilbauers gegenüber der Vorgängergeneration über einen mit einer Leistung von über 100 kW deutlich stärkeren Elektro-Motor. Dank eines reduzierten Verbrauchs und einer weiter verbesserten Speicherkapazität hat sich zudem die Reichweite auf annähernd 400 Kilometer verdoppelt. Darüber hinaus wurden nach Angaben des Automobilbauers Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Komponenten weiter verbessert. Seit 2003 erprobt Daimler-Chrysler zusammen mit zahlreichen Unternehmen und Institutionen im Rahmen eines europaweiten dreijährigen Praxistests in zehn europäischen Großstädten den Einsatz von 30 Brennstoffzellenbussen im Linienbetrieb.
Der Automobilhersteller Ford hat ein Hybrid-Fahrzeug auf der Basis des Ford Focus-Modells entwickelt, das neben einem Brennstoffzellen- auch über einen Batterie-Antrieb verfügt. Den Beginn der Vermarktung von Brennstoffzellenfahrzeugen plant Ford ab dem Jahr 2010.Zu den mobilen Brennstoffzellenanwendungen gehört auch das von der Hertener Firma in Kooperation mit der Berliner Hawk Bikes E&M GmbH entwickelte Cargobike. Bei dem Cargobike handelt es sich um ein mit einem 250 Watt Brennstoffzellensystem ausgestatteten Transportfahrzeug. Zudem arbeitet Masterflex an der Weiterentwicklung eines Brennstoffzellenfahrrads der Swizzbee AG, das über einen Hilfsantrieb auf Brennstoffzellenbasis verfügt. Mit der integrierten Brennstoffzelle wird die Reichweite des Fahrrads gegenüber herkömmlichen Akkulösungen nach Angaben des Hertener Unternehmens um das Fünffache gesteigert.
Portabler Einsatz • Es ist geplant in Zukunft Brennstoffzellen zu nutzen um Batterien und Akkus in kleineren Geräten wie z.b. Laptops zu ersetzen. • Dies ist zurzeit allerdings nur in Testphasen möglich, da die Technik noch nicht genügend ausgereift ist um kleinere mengen Wasserstoff zu speichern.
Stationärer Einsatz • Weil Wasserstoff in Wasserstoffnetzen noch nicht verfügbar ist, sind derzeit die Erdgas-Brennstoffzellen dabei, die bisherigen Generatoren in der Kraft-Wärme-Kopplung zu verdrängen. Ein solches Blockheizkraftwerk kann für ein größeres Einzugsgebiet oder in kleinerer Ausführung auch zur Versorgung eines Gebäudes dienen. • Während für privat genutzte Kraftfahrzeuge geringe Standzeiten nur ein kleines Problem darstellen, können sie z. B. bei Blockheizkraftwerken zu einer Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit führen.
Brandschutz • Ein neues Anwendungsgebiet ist der Brandschutz. Hierzu wird die bislang ungenutzte Abluft der Brennstoffzelle (Stickstoff) gezielt zur Sauerstoffreduktion verwendet. Sinkt der Sauerstoffgehalt in geschlossenen räumen unter 15%, kann nichts mehr brennen.
Brennstoffzelle Aufbau & chemische Reaktion
Die Brennstoffzellen besteht aus zwei Elektroden die von einer Membran oder Elektrolyt (Ionenleiter) voneinander getrennt sind. An der Anode oxidiert der Brennstoff (Wasserstoff, Methan, Methanol oder Glukoselösung). Die von Oxidationsmittel umspülte Kathode wird reduziert.
Schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer Brennstoffzelle
Die Spannung die erzeugt wird liegt pro Zelle bei 0,5 bis 1 V, sie hängt von der Qualität der Zelle und des Brennstoffes abhängig. Außerdem spielt die Temperatur eine große Rolle. Um die Spannung zu erhöhen werden mehrere Zellen in Reihe geschaltet.
