Eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung, um Energie, die bei klassischen Verbrennungen frei wird, möglichst verlustfrei in elektrische Energie umzuwandeln. Typische Brennstoffe für die Brennstoffzelle sind Wasserstoff, Erdgas, Biogas, aber auch Benzin oder Methanol.

Die Brennstoffzelle sieht aus wie eine elektrische Batterie und ist letztlich auch so aufgebaut. Da gibt es zwei Elektroden oder Pole, dazwischen befindet sich ein trennendes Medium, eine Membran. Die verhindert, dass sich Brennstoff und Sauerstoff treffen.

An den Elektroden läuft die "Verbrennungsreaktion" ab.
Warum bilden sich aber fast überhaupt keine typischen Anzeichen von Verbrennung, nämlich Feuer und Wärme?

Bei normalen Verbrennungen reagiert ein Brennstoff mit dem Sauerstoff der Atmosphäre, und dabei wird viel Energie frei: Es wird warm, das heißt, es entsteht Wärme. Ein Teil dieser Energie bringt die Verbrennungsgase zum Leuchten - das ist die Flamme. Solch einen Vorgang nennen wir Oxidation.

Natürlich läuft in der Brennstoffzelle keine reguläre Verbrennung mit Feuer-Erscheinung ab. Man kann nämlich den Brennstoff - statt ihn anzuzünden - auf andere Art und Weise dazu bringen, mit Sauerstoff zu reagieren.

Um das zu erklären, müssen wir etwas ausholen:

Bei einer Verbrennung (Oxidation) springen Elektronen von den Brennstoffmolekülen zu den Sauerstoffmolekülen. Es werden dabei neue chemische Bindungen geknüpft. Aus dem Brennstoff Wasserstoff und dem Sauerstoff wird so Wasser.

Wenn man jedoch Brennstoffe mit Sauerstoff mischt, passiert zunächst gar nichts. Man kann die Mischung aber mit einer gespannten Feder vergleichen, die auf Entladung wartet. Bei einer normalen Verbrennung müssen wir das Gemisch mit einem Streichholz anzünden.

In der Brennstoffzelle übernehmen Katalysatoren die Rolle des Streichholzes. Das sind Stoffe, die eine auf "Entspannung" wartende chemische Reaktion einleiten, ohne selbst verbraucht zu werden.
Diese Katalysatoren sind ein wichtiges konstruktives Element der Brennstoffzellen. Sie bestehen im Allgemeinen aus Edelmetall und sind im Elektrodenmaterial enthalten.

Wie wirken die Katalysatoren der Brennstoffzelle? Sie greifen sich an einer Elektrode vom Brennstoff Elektronen. Diese wandern durch den Verbraucher zur anderen Elektrode und leisten dabei Arbeit - treiben zum Beispiel einen Elektromotor an oder bringen eine Lampe zum Leuchten. An der anderen Elektrode übertragen die Katalysatoren die Elektronen des Brennstoffs auf den Sauerstoff. Im Raum zwischen den Elektroden bildet sich als Reaktionsprodukt Wasser. Damit sollte die chemische Feder eigentlich entspannt sein. Da aber immer wieder neues Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff nachgeliefert wird, bleibt die Spannung auf hohem Niveau erhalten, und die Brennstoffzelle läuft und läuft und läuft...!

Und das alles passiert, ohne dass es zu einer hitzigen Feuer-Erscheinung kommt.

Man muss sich klar machen: So eine Brennstoffzelle ist ein technisches Wunder.

Ihr Energieausstoß jedoch ist leider recht gering. Sie liefert nur eine Spannung um 0,8 Volt. Deshalb besteht eine technisch genutzte Brennstoffzellenbatterie aus vielen Hundert hintereinander geschalteten Einzelzellen - diese Anordnung nennt man Stapel oder neudeutsch "stack". Zur Erhöhung der Stromausbeute wird die Fläche der Elektroden groß gemacht.

(Ist so ein Stapel für die praktische Nutzung nicht zu dick? Nein: Die Dicke einer einzelnen Brennstoffzelle beträgt nur 1 mm oder sogar noch weniger. Das reicht für den Betrieb eines Hörgeräts. Für den Antrieb eines Autos ist der gesamte Stack so groß wie ein, zwei Schuhkartons für Leute mit der Schuhgröße 52.)

Mit dem seriellen Stack-Prinzip erhält man nicht nur einen höheren elektrischen Spannungswert, sondern erhöht durch die großflächigen Elektroden auch die Ausbeute an elektrischer Energie.

Eine Einschränkung gibt es: Es wird nicht alle verfügbare Verbrennungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Es entsteht nebenbei etwas Abfallenergie, Wärme. Techniker sagen: Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle ist niedriger als 100 Prozent. Mit der Restwärme der Brennstoffzelle jedoch können wir nicht nur ein Haus beleuchten, sondern es auch heizen.

Die Vorteile der Brennstoffzelle sind:

1.	Ein hoher Wirkungsgrad - verglichen mit herkömmlicher Energieumwandlung.
2.	Als Reaktionsprodukt bildet sich nur Wasser (bei Brennstoffen wie Ethanol auch Kohlendioxid).
3.	Es entstehen keine atmosphärischen Schadstoffe wie die Stickoxide oder Schwefeldioxid. Die bilden sich nur bei echtem, heißem Feuer.
4.	Deutlich wird der Vorteil der Brennstoffzelle auch beim Vergleich mit einer herkömmlichen Batterie oder einem Akkumulator: Die Batterien verbrauchen sich selbst. Deshalb hat man ökologisch bedenklichen Abfall. Akkus muss man ständig aufladen. Das bedeutet eine Unterbrechung im Betrieb.

Die Brennstoffzelle dagegen kann kontinuierlich gefahren werden; der Brennstoff wird eingeblasen oder eingespritzt, ebenso die sauerstoffhaltige Luft. Die Verbrennungsprodukte sind Wasserdampf und Kohlendioxid; sie sind ebenfalls gasförmig und werden mit der strömenden Luft ausgespült. So kann eine Brennstoffzelle jahrelang laufen, ohne dass man den Betrieb unterbrechen muss.

Anwendungen finden die Brennstoffzellen mittlerweile überall, wo man elektrische Energie benötigt. Man baut sie für den Megawattbereich, aber auch für den Einsatz in Mikrogeräten. Hier zwei Beispiele:

-	In Bielefeld gab es eine Experimental-Brennstoffzelle, die einen Teil der Energie für die Universität geliefert hat. (Sie wird gerade überholt, da es Korrosionsprobleme gibt.)
-	Man baut Brennstoffzellen auch in Handys oder Hörgeräte oder Armbanduhren ein. Sie werden nachgefüllt wie ein Füller - allerdings nicht mit Tintenpatronen, sondern mit Methanolpatronen.

Man kann mit Brennstoffzellen bereits auch Autos antreiben. Hier wird ganz besonders der Vorteil der Brennstoffzellen deutlich: Sie haben ein enormes Anzugsmoment, sind also für Ampelschnellstarter mit qualmenden Reifen ein Traum.

Dass die Brennstoffzellen dennoch auf so geringe Akzeptanz stoßen, liegt wohl auch daran, dass die Leute an die früheren, lahmen Elektroautos erinnert werden.

Dennoch sei vor Euphorie gewarnt: Es gibt noch gewaltige Probleme, die momentan die allgemeine Einführung von Brennstoffzellen behindern - vor allem, was die Konstruktion der Katalysatoren betrifft. Denn der Teufel steckt im Detail.

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