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Entwicklung der Brennstoffzelle

Brennstoffzellen Entwicklung

Über den zukünftigen Erfolg oder Misserfolg von Brennstoffzellen wird nicht allein 'die Brennstoffzelle' (gleichgültig welchen Herstellers) entscheiden, sondern das Zusammenwirken einer großen Anzahl von Komponenten. Dabei spielt neben der Kraftstoff-Speicherung und der Zufuhr von Luft und Kraftstoff auch der eventuell notwendige Reformer eine wichtige Rolle. Außerdem bedarf es eines geregelten Wärmehaushaltes. Neben den hierfür notwendigen Anschlüssen für das Kühlwasser-System sind geregelte Schnittstellen für den nachgeschalteten Verbraucher (z. B. Elektromotor) und die gesamte Steuerung erforderlich.
Um die weitere Entwicklung abschätzen zu können, bedarf es vorher eines kurzen Überblicks über die bisherige Entwicklung. Die volumenspezifische Leistungsdichte der PEM-Stacks für Fahrzeug-Antriebe zeigt, wie deren Größe in den letzten Jahren reduziert werden konnte.

  • 1989: Stacks der 1. Generation erreichten: 0,11 kW/l.
  • 1992: Stacks der 2. Generation erreichten: 0,36 kW/l.
  • 1995: Stacks der 3. Generation erreichten: 1,1 kW/l.
  • 1998: Stacks der 4. Generation erreichten: 1,8 kW/l.

Zur Veranschaulichung dieser Zahlen lässt sich sagen, dass heutige Brennstoffzellen-Einheiten für Autos auf die Größe eines Koffers gebracht worden sind, nachdem sie zu Anfang komplette Lkw ausgefüllt haben. Damit Brennstoffzellen in Zukunft gegenüber der bereits etablierten Technik bestehen können, sind u.a. noch umfangreiche Langzeit-Tests notwendig. Typische Anforderungen, die an eine Brennstoffzelle gestellt werden, sind für mobile Anwendungen 5.000 Gesamt-Betriebsstunden. Dies entspricht in etwa einer Kilometer-Leistung von 250.000 km, wenn eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 km/h angenommen wird. Stationäre, dezentrale Energiesysteme müssen deutlich mehr leisten können (40.000 Betriebsstunden), dafür werden sie jedoch meist nur in einem konstanten Betriebspunkt beansprucht.

Der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung liegt derzeit auf der Verkleinerung der Komponenten bei gleichzeitiger Leistungssteigerung. Zusätzlich müssen die Kosten noch weiter reduziert werden, indem beispielsweise die Materialfrage befriedigend geklärt wird. Außerdem muss alles ausgiebig getestet werden und erst danach kann eine Serienfertigung angestrebt werden. Da dies jedoch erst möglich ist, wenn der Markt bereit dafür ist, werden voraussichtlich noch einige Jahre vergehen, bevor Brennstoffzellen auch für Otto-Normalverbraucher erschwinglich sein werden.

Die Markt-Erschließung wird erst in größerem Maße stattfinden können, wenn die notwendige Infrastruktur vorhanden ist. Andersherum wird sich keine Infrastruktur ausbilden, wenn noch keine Brennstoffzellen auf dem Markt sind. Die Lösung dieses Henne-Ei-Problems (Was wird zuerst da sein?) ist ein wesentlicher, noch ungeklärter Punkt im Zuge der Weiterentwicklung der Brennstoffzellen-Technik.

Die ersten Brennstoffzellen sind zwar bereits auf dem Markt, aber kaum bezahlbar. Sie beschränken sich bisher auf einige Blockheiz-Kraftwerke, die als Pilotanlage zu Testzwecken aufgebaut worden sind, und auf die autonome Strom-Versorgungssysteme für mobile Anlagen (1 bis 10 kW für Elektro-Kleingeräte, Demonstrationsobjekte usw.).

In den nächsten Jahren werden voraussichtlich zuerst Brennstoffzellen für elektronische Klein-Geräte angeboten werden. Danach werden stationäre Anlagen für die Haus-Energieversorgung in Umlauf kommen (ab 2004/2005). Etwas später werden Mini-Brennstoffzellen für Kleinst-Geräte (Laptops, Mobil-Telefone) folgen.