Bomben-Power unter der Auto-Haube: die Brennstoffzelle

Den Begriff ‘Wasserstoff’ ergänzen viele Menschen automatisch mit ‘Bombe’ und hören den Knall gleich mit dazu. Dies wird gerne als Grund angeführt, warum Politik und Wirtschaft den Konsumenten Autos mit Brennstoffzellen-Motor bislang nicht zumuten, obwohl viele Argumente dafür sprechen. Sachliche Informationen zu diesem Thema könnten Abhilfe schaffen.

In der mobilen Anwendung geht es bei der Brennstoffzelle stets um Proton Exchange Membrane, kurz PEM-Prinzip genannt. Denn von allen bestehenden Brennstoffzellen-Technologien gilt die protonenleitende Brennstoffzelle als evolutionäre Nachfolge des Verbrennungsmotors. Die Brennstoffzelle arbeitet im Auto auf den Komponenten der elektrischen Antriebstechnik: Elektromotor, Leistungs- und Systemsteuerungselektronik. Diese Autos kommen ohne Differential und Schaltgetriebe aus. Neu ist die Idee nicht: Die Möglichkeit, durch die gesteuerte Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie zu erzeugen, ist seit mehr als 170 Jahren bekannt. Bei der Brennstoffzelle wird der Kraftstoff – Sauerstoff und Wasserstoff -, anders als der Name vermuten lässt, nicht verbrannt. Er wird in einer kalten Reaktion direkt in elektrische Energie und wird Wasserdampf umgewandelt. Aus dem Auspuff entweicht nichts als Wasserdampf. Weitere Vorteile sind: Der Wirkungsgrad dieser Direktumwandlung ist weitaus höher verglichen mit Vorgängen in Verbrennungsmaschinen. Der Motor ist völlig geräuschlos, weil keine mechanischen Teile bewegt werden.

Potentiale für die mobile Anwendung eröffnete die Entwicklung einer speziellen Folie in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts. Diese zehntelmillimeter dicke Polymerfolie vermag die beiden Gase voneinander zu trennen, so dass eine heiße Reaktion unterbunden werden kann. Gleichzeitig leitet sie als Elektrolyt den Strom zwischen den beiden Elektroden. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Wasserdampf, der mit der Restluft durch den Auspuff entweicht. Bei der Reaktion entsteht die für den Antrieb notwendige elektrische Energie. Doch wie können Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren, wo sie doch durch den Elektrolyten räumlich voneinander getrennt sind? Die Folie ist zwar undurchlässig für die beiden Gase, nicht aber für positiv geladenen Wasserstoffatome, sogenannte Protonen. Beim Durchgang von Wasserstoff durch die Folie bleiben Elektronen zurück. Die Elektrode der Wasserstoffseite (Anode) lädt sich negativ auf. Die Protonen wandern dann durch den Elektrolyten und reagieren auf der anderen Seite mit dem Luftsauerstoff zu Wasser. Dabei lädt sich die Elektrode der Sauerstoffseite (Kathode) positiv auf. Zwischen dem Minuspol der Anode und dem Pluspol der Kathode entsteht somit eine Spannung. Eine äußere Verbindung der beiden Elektroden schließt den Stromkreis. Die technische Machbarkeit bewies Daimler-Benz 1996 mit dem ersten voll verkehrstauglichen PKW mit PEM-Motor.

Das K.O.-Argument für alternative Motorensysteme lautet: Es fehle an einer entsprechenden Infrastruktur, die erst aufgebaut werden müsse. Eine Studie des Instituts für Energie- und Klimaforschung vom Forschungszentrum Jülich, Deutschland befasste sich mit den Kosten zum Aufbau einer Infrastruktur für Fahrzeuge mit Elektro- und Brennstoffzellenantrieb im Vergleich: Wären von beiden Antriebsarten wenige Autos auf den Strassen, sei der Aufbau der Elektro- Infrastruktur günstiger, weil Stromnetze eben schon vorhanden seien. Doch wenn jedes vierte Fahrzeug mit Elektrobetrieb oder Brennstoffzelle unterwegs wäre, sähe die Rechnung ganz anders aus. Dann wäre die Wasserstoff-Infrastruktur weitaus günstiger als Ladestationen für Elektrobatterien. Die horrende Versteuerung von herkömmlichen Kraftstoffen lässt Raum für Mutmaßungen, dass volkswirtschaftliche Interessen ohne Weitsicht die wahren Gegner von zukunftsweisenden Motoren für Autos wie der Brennstoffzelle sind und Ängste der Bevölkerung vorgeschoben werden.