Brennstoffzellen für das Auto von morgen

Mit einem Go-Kart testen DaimlerChrysler-Forscher Brennstoffzellen.

Mitte des vergangenen Jahrhunderts standen die Ingenieure der amerikanischen NASA vor einem schwierigen Problem: Ihre Raumschiffe waren voll gepackt mit elektrischen Geräten – woher aber, fern von jedem Kraftwerk, den Strom nehmen, um die Apparate im Weltall zu betreiben? Die Lösung, die sich die Experten einfallen ließen: sie setzten Brennstoffzellen als Bordkraftwerke ein. Diese kompakt gebauten Energiequellen erzeugen elektrischen Strom so effizient wie kaum ein anderes Ver­fahren. Und werden sie mit Wasserstoff betrieben, entsteht dabei als „Abfallprodukt“ lediglich ein einziger Stoff, der nicht nur völlig harmlos, sondern für die Astronauten während ihrer Flüge sogar lebenswichtig ist: Wasser. Bis heute rüstet man Raum­schiffe deshalb mit Brennstoffzellen aus.

Immer mehr Forscher arbeiten aber auch an anderen Anwendungen. Und das hat gute Gründe. Denn bei der herkömmlichen Energieerzeugung aus Kohle, Öl oder Erdgas (mehr als 90 Prozent der Energie weltweit ist fossilen Ursprungs) entsteht Kohlendioxid. Als so genanntes Treibhausgas trägt es zur Erwärmung der Erdatmo­sphäre bei und gefährdet damit das Erdklima. Im Vergleich dazu arbeiten Brennstoff­zellen, die mit Wasserstoff betrieben werden, wesentlich „sauberer“ – denn bei der Verbrennung von Wasserstoffgas mit Luftsauerstoff entsteht ausschließlich Wasser. Logisch, dass sich auch die Automobilindustrie seit Jahren schon für Brennstoffzellen interessiert.

Ein Fahrzeug, dessen Elektromotor über eine Brennstoffzelle mit Wasserstoff betrieben wird, emittiert eben keine schädlichen Abgase, sondern lediglich Wasserdampf! Umweltfreundlich ist diese Technik allerdings nur, wenn man den Wasserstoff umweltschonend produziert – beispielsweise durch Elektrolyse von Wasser mit Sonnenenergie. Da es genau an dieser Stelle aber technisch noch ha­pert, arbeiten Ingenieure an der Entwicklung von Brennstoffzellen, die mit Methan­gas, speziellem Benzin oder auch Methanol betrieben werden können. Der Vorteil: Solche Aggregate können relativ klein gebaut werden, haben aber trotzdem einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Verbrennungsmotoren. Deshalb erzeugen sie bei gleicher Leistung weniger Kohlendioxid.

Die Energieausbeute soll aber nicht nur hoch, sie muss zugleich auch kontrollierbar sein. Damit die Fahrt ins Grüne nicht mit einem Knall – und mit Verletzten oder gar Toten – endet, müssen Brennstoffzellen-Entwickler vor allem eines verhindern: dass Wasserstoff und Sauerstoff explosionsartig miteinander reagieren. Das droht immer dann, wenn beide Reaktionspartner „ungeschützt“ aufeinander treffen – die Chemiker sprechen von einer Knallgasreaktion. Denn Wasserstoff und Sauerstoff speichern wesentlich mehr chemische Energie als ihr Reaktionsprodukt Wasser. Und diese Differenz wird bei der Explosion schlagartig als thermische Energie, also Wärme frei.

Theoretisch könnte man – unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen – auch diese Energie nutzen, etwa indem man sie in einem Verbrennungsmotor in mechani­sche Energie umwandelt. Der Wirkungsgrad läge dabei aber wesentlich niedriger als bei der „kalten Verbrennung“, bei der die chemische Energie direkt in elektrische ver­wandelt wird.