Brennstoffzellen wandeln einen Brennstoff zusammen mit (Luft-)Sauerstoff in Strom, Wärme und Wasser um.
Sie können je nach Brennstoffzellentyp entweder mit Wasserstoff oder mit kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen wie Methanol, Erdgas, Benzin oder Diesel betrieben werden.
Die Rolle von Brennstoffzellen für das Energiesystem
Brennstoffzellen können die Effizienz des Energiesystems deutlich steigern und zu den Emissionsreduktionszielen beitragen. Sie bieten emissionsfreie, individuelle und öffentliche Mobilität mit ähnlichen Möglichkeiten wie konventionelle Antriebe.
Pluspunkte für Brennstoffzellen
Brennstoffzellen erreichen bei besonders niedrigen Schadstoffemissionen besonders hohe elektrische Wirkungsgrade und einen hohen Gesamtnutzungsgrad bei gleichzeitiger Wärmenutzung
Sie sind sowohl für die dezentrale Strom-Wärme Versorgung als auch für den Antrieb von Elektrofahr-zeugen geeignet. Hier sind erhebliche Brennstoffeinsparungen und Leistungserhöhungen möglich
Schon der Brennstoffzellenbetrieb auf Basis fossiler Energiequellen bringt eine erhebliche CO2-Einsparung und damit eine Entlastung des Klimasystems. In Verbindung mit erneuerbaren Brennstoffen ist eine CO2-neutrale Stromerzeugung möglich
Potenziale von Brennstoffzellen
Bis 2050 wird die Mobilität mit Brennstoffzellen einen signifikanten Anteil erreicht haben und spürbar zur Reduktion der Verkehrsemissionen beitragen
Bereits jetzt halten Brennstoffzellen Einzug in die Hausenergieversorgung. Durch ihren hohen Gesamtwirkungsgrad dank Kraft-Wärme-Kopplung werden sie vor allem im Gebäudebestand dazu beitragen, die Emissionen zu senken. Allein in Japan wurden mehr als 120.000 Hausenergiesysteme verkauft, womit dort die Schwelle zur Kommerzialisierung schon geschafft wurde
Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) hat für kleine Stromversorgungen bereits die Schwelle zur Kommerzialisierung überschritten. Weit mehr als 33.000 Systeme haben als netzunabhängige Stromversorgung z. B. für Wohnmobile und Yachten den Einzug in den Alltag gefunden
Aus den Feldversuchen resultieren viele Erkenntnisse über den Alltagsbetrieb, die in die Entwicklung der Produkte der nächsten Generation einfließen. Hinzu kommt die Entwicklung kostengünstiger Lösungen, sowohl bei den Kernkomponenten (Membran, Katalysatoren, Bipolarplatten) als auch bei den peripheren Komponenten (Pumpen, Ventile, Sensoren).eistelligen GW-Bereich und ein jährliches Austauschvolumen von über 5 GW. Weltweit kopieren zahlreiche Länder die erfolgreiche deutsche Markteinführung, und an vielen netzfernen Einsatzorten ersetzt der PV-Strom den Strom aus Dieselgeneratoren schon aus ökonomischen Gründen
Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Brennstoffzellen
Zur Begleitung der Markteinführung von Brennstoffzellen und der Entwicklung der nächsten Produkt generation sind weitere, umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich.
biologische Brennstoffzellen, insbesondere mikrobielle Brennstoffzellen
Kostenreduktion durch neue Werkstoffe, Katalysatoren und Membranen sowie durch neue serientauglicher Fertigungsprozesse
leistungsfähigere und genauere, technisch-mathematische Modelle, die skalenübergreifend sind und durch Beschreibung thermodynamischer, elektro-chemischer sowie Massentransport-Phänomene (Stoff- und Wärmetransport, Stromübergänge sowie Zweiphasenströmungen) zur Designoptimierung auf Zell- und Stack-Ebene und zur Prädiktion von Leistungsfähigkeit und Dauerhaltbarkeit dienen
Steigerung von Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Wirkungsgrad der Systeme
Verlängerung der Lebensdauer von Brennstoffzellen durch Aufklärung der Degradationsmechanismen und Alterungseffekte mittels verbesserter Zeitraffertests (AST: Accelerated Stress Tests) in Abhängigkeit neuer Materialien, Betriebsstrategien und Kontrollsysteme
innovativen Diagnose- und Untersuchungsmethoden mit Reparaturstrategien für Brennstoffzellen
neue, korrosionsbeständige Katalysatoren und Elektrodenstrukturen für die PEFC und reformatverträgliche Katalysatoren und Elektrodenstrukturen für die HT-PEFC
Fertigungstechnologien für PEFC-Komponenten und Stacks
kostengünstige Reformierungstechniken (z. B. von Erdgas, Methanol, Diesel)
Brennstoffzellen-Systemtechnik; insbesondere Stromrichtertechnik, Fernzustandsdiagnose und Fehlerprognose sowie optimierte Netzintegration
Regelungsstrategien für Brennstoffzellen in Hybridsystemen
Pilotanlagen mit Mittel- und Hochtemperatur-Brennstoffzellen (MCFC, SOFC) in Kraft-Wärme-Kopplung zur Erforschung des technischen Verhaltens dieser Systeme
innovative Systeme wie z. B. Hybridkraftwerke mit Kopplung von Mikrogasturbine und Brennstoffzelle
multifunktionale Brennstoffzellensysteme zur Brandbekämpfung und Wassergewinnung für die zivile Luftfahrt
Aktuelle Materialien
Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Brennstoffzellen“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.
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Elektromobilität mit Brennstoffzellen und Batterien
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Expert*innen
CAE
Dr. Christian Scherdel
Komponentenentwicklung
CAE Center for Applied Energy Research e.V. Magdalene-Schoch-Str. 3, 97074 Würzburg
