Wasserstoff und Brennstoffzelle Einleitung

Energiegewinnung, Energie mit Wasserstoff und Brennstoffzelle

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Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umwandelt. Im Allgemeinen steht Brennstoffzelle meist für die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle.

Eine Brennstoffzelle ist kein Speicher von Energie, sondern ein Wandler. Die Energie zur Stromproduktion wird mit dem jeweiligen verwendeten (z.B. Sauerstoff) Brennstoffen zugeführt. Zusammen mit einem Brennstoffspeicher kann eine reversible Brennstoffzelle einen Akkumulator (z.B. in einem Notebook) ersetzen.

Die Gewinnung von elektrischer Energie aus chemischen Energieträgern erfolgt heute zumeist durch Verbrennung und Nutzung der entstehenden heißen Gase in einer Wärmekraftmaschine, welche einen Generator antreibt. Es wird die thermischen Energie in mechanische Arbeit umgewandelt. Eine Brennstoffzelle ist geeignet, die Umformung ohne die Umwandlung in Wärme und Kraft zu erreichen und damit potenziell effizienter zu sein. Unter dem Aspekt der Thermodynamik stellt sie somit eine Verbrennungskraftmaschine dar, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt, wobei dieser genauso wie mechanische Arbeit einen Exergieanteil von 100 % hat. Der Energiewirkungsgrad von Brennstoffzellen ist durch die Enthalpie, sein Exergiewirkungsgrad durch die freie Enthalpie der chemischen Reaktion bestimmt. Dieser Wirkungsgrad der Brennstoffzelle kann besser werden als der Exergiewirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen, dessen prinzipielle Grenze der Carnot-Wirkungsgrad der bekanntlich temperaturabhängig ist. In der Praxis sind die bisher von Brennstoffzellen erzielten Wirkungsgrade deutlich höher als die von Otto- oder Dieselmotoren, aber nicht wesentlich besser als die von modernen Gasturbinen, welche mit höheren Temperaturen operieren.

Besonders intensiv erforscht ist die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Wasserstoff kommt in der Natur fast nur in gebundener Form vor und muss daher erst erzeugt werden.

 

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