Eine Technik, die bereits Ende der 90er Jahre als zukunftsweisend galt, für kurze Zeit Einzug in die Automobilindustrie gehalten hat, in Japan bereits Stand der Technik ist und nun immer öfter auch hierzulande im Bereich von Ein- und Zweifamilienhäusern ins Gespräch kommt: Die Brennstoffzellentechnik.
Brennstoffzellen gehören zu den Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs- (Mikro-KWK-) Anlagen – sie erzeugen Wärme und gleichzeitig Strom. Der große Vorteil gegenüber Verbrennungsmotoren: Sie sind wartungsarm und langlebiger.
Als Energieträger fungiert in der Brennstoffzelle selbst Wasserstoff (H2). Dieser kommt zwar auf der Erde kaum (Oder gar nicht? Wissende unter euch?) in seiner reinen Form vor, jedoch ist Wasserstoff in etlichen molekularen Bindungen vorzufinden – die bekannteste ist wohl Wasser - und wesentlicher Bestandteil (Methan = CH4) von brennbaren Gasen wie Erdgas.
Um den Wasserstoff für die Stromerzeugung nutzbar zu machen, erfolgt eine Aufbereitung von Erdgas zu wasserstoffreichem Gas:
- Entschwefelung (Geruchsstoff im Gas) mit Hilfe einer Katalysator-Wechselkartusche und
- Reformierung des Gases unter Einsatz von Wasserdampf und Luft als Oxidationsmittel, wodurch CO, CO2 und H2 entstehen. CO wird in der Shift-Reaktion mit Wasserdampf zu CO2 oxidiert, wobei ebenfalls H2 entsteht.
Kurz gesagt wird in der nachgeschalteten Brennstoffzelle Wasserstoff und Luft-Sauerstoff an einer Elektrolyt-Membran zusammengeführt, wodurch Wärmeenergie, Wasserdampf und elektrische Spannung entstehen. Schaltet man viele solcher Membranen zu sog. „Stacks“ in Reihe, entsteht eine nutzbare Stromspannung.
Der Langtext dieser Redox-Reaktion beschreibt sich folgendermaßen:
[Quelle: http://www.brennstoffzellen-heiztechnik.de/chemische-reaktion-brennstoffzellen.html] aufgerufen am 02.10.2019]
Wasserstoff wird an der Anode mit Hilfe eines Katalysators (i.d.R. Platin) unter Abgabe von Elektronen zu H+ Ionen oxidiert.
Diese gelangen durch die Polymermembran (die ausschließlich durchlässig für diese H+ Ionen ist) in die Kammer mit dem Oxidationsmittel.
Die Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über den elektrischen Verbraucher (hier entsteht die nutzbare Spannung).
An der Kathode wird das Oxidationsmittel (Sauerstoff) durch Aufnahme der Elektronen zu O2-Anionen reduziert, die unmittelbar mit den zuvor durch die Membran übertragenen H+ Ionen zu Wasser reagieren.
Diese Schritte laufen stets parallel als fortwährende Reaktion ab!
Ein Teil des entstehenden heißen Wasserdampfes wird im Reformer benötigt, der Rest wird über einen Wärmetauscher dem Heizsystem bereitgestellt und geht danach als Abwasser in den Kanal.
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