HR-FuelCell tritt für eine innovative Idee ein, die zu einer Reduzierung der Emission von CO₂ führt und dadurch einen positiven Beitrag im Kampf gegen die Klimaerwärmung leistet.

Dieses patentierte Verfahren basiert darauf, die in einer Brennstoffzelle enthaltene Membran in Schwingungen zu versetzen und dadurch eine verbesserte Interaktion von den an den Prozessen beteiligten Ionen und Atomen zu bewirken. Die Geschwindigkeit der Diffusion der Ionen durch die Membran wird durch die Höhe der Potentialbarriere bestimmt. Durch die in Schwingung versetzte Membran sinkt die Höhe dieser Potentialbarriere, und die Ionen können schneller durch die Membran diffundieren. Dadurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht.

In Folge wird auch ein grundlegendes Problem von Brennstoffzellen, nämlich die Konzentration von Zwischenprodukten an Anode und Kathode, vermindert, weil die erzeugten Schwingungen die Reaktion der Zwischenprodukte fördern und somit auch das Reaktionsvermögen der Brennstoffzelle insgesamt verbessern.

In Analogie zum Verbrennungsmotor kann man die Einheit zum „in Schwingung versetzen der Membran“ auch als „Brennstoffzellen-Turbolader“ bezeichnen. Grundsätzlich führt aber jeder „Turbolader“ zu einem Mehrverbrauch. Das gilt auch im vorliegenden Fall. Es stellt sich die Frage, warum man nicht gleich mehr Brennstoffzellen anstelle eines „Turboladers“ installiert?

Ähnlich wie bei Verbrennungsmotoren gibt es auch in der Brennstoffzellen-Technik Gründe zum „Downsizing“:
1) Kurz- und mittelfristige Bedarfsspitzen können mit dem Schwingungsgeber bedient werden, ohne die ganze Zelle zu überdimensionieren.
2) Bei der Herstellung von Brennstoffzellen werden auch Edelmetalle wie zum Beispiel Platinum benötigt. Diese Metalle sind sehr teuer.
3) Brennstoffzellen, die im Leerlauf oder mit geringer Leistung betrieben werden, erzeugen besonders hohe Konzentrationen von Zwischenprodukten an der Membran, was zu höheren Leistungseinbußen führt.
4) Der Schwingungsgeber steht auch für eine Gewichtersparnis, da weniger Brennstoffzellen gebraucht werden.

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Mit der Brennstoffzelle werden nicht nur die Vorteile der Batterie mit den Vorteilen des Verbrennungsmotors verbunden. So steht die Batterie für hohe umweltbewusste Energieeffizienz und der Verbrennungsmotor für leichte Handhabung bei großer Reichweite. Hinsichtlich der Energieeffizienz stellt die Brennstoffzelle zudem eine Steigerung gegenüber zur Batterie dar.

Eine klimaneutrale Erzeugung von Energie ist sowohl für Brennstoffzellen als auch Batterien möglich. Hier wird aber die benötigte Strommenge zum Problem. Es ist mittelfristig nicht möglich, den Energiebedarf für eine große Anzahl elektrisch betriebener Fahrzeuge mit ökologisch erzeugtem Strom zu decken. Dieser zusätzliche Bedarf könnte nur durch die CO₂-verursachende Stromproduktion bedient werden. Der Vorteil der Brennstoffzelle besteht darin, dass der zu ihrem Betrieb notwendige Energieträger (z.B. Methanol, Wasserstoff), im Gegensatz zu Strom, durch eine größere Vielfalt von klimaneutralen Prozessen bereitgestellt werden kann.

Neben der ökologischen Erzeugung von Strom ist der Energieverbrauch als solcher für den Umweltschutz relevant. Hier spielt die Energieeffizienz eine wesentliche Rolle. Durch Transport und Speicherung von elektrischer Energie entstehen auch bei Batterien große Energieverluste. Die Energieträger für Brennstoffzellen sind, was Transport und Lagerung angeht, äußerst effizient. Die Speicherung von Methanol ist sogar verlustfrei. Hinsichtlich der Energieeffizienz sind Brennstoffzellen somit deutlich ökonomischer und ökologischer als Batterien.

Ein weiteres Argument für die Brennstoffzelle ist die sehr gute Material- und Energiebilanz bei deren Herstellung, denn auch hier sind Batterien weniger ökologisch und ökonomisch. Der sehr hohe Anteil von Schwermetallen und anderer teurer Materialien in den Batterien belastet die Umwelt und treibt die Kosten in die Höhe.

Für den mobilen Bereich, kann man Brennstoffzellen in zwei Hauptgruppen unterteilen. Eine Gruppe ist die der Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC), die andere die der Wasserstoff-Brennstoffzellen (HFC). Die Energieträger beider Arten von Brennstoffzellen können CO₂-neutral hergestellt werden, die Energieeffizienz ist allerdings sehr unterschiedlich.

In der Öffentlichkeit genießt die HFC eine deutlich größere Aufmerksamkeit als die DMFC. Im Internet, den Medien und in den Entwicklungsabteilungen der Automobilunternehmen wird der Focus überwiegend auf die HFC gesetzt.

Das größte Potential den Kohlendioxidausstoß mittelfristig drastisch zu senken hat aber die DMFC, auch wenn sie lokal CO₂ ausstößt. Dabei kann ein Großteil des Methanols auch noch CO₂-neutral hergestellt werden. Die Vorteile durch den weltweit geringeren Ölverbrauch und die stark verringerten CO₂-Emissionen für die Umwelt wären enorm. Im Vergleich dazu sind die Reduzierungen durch HFC-Autos, die indirekt durch die Bereitstellung von H2 auch CO₂ erzeugen, und Ihre Zero-CO₂-Emissionen vor Ort vernachlässigbar.

Verfügbarkeit und Infrastruktur von Methanol:
Methan ist weltweit im ausreichenden Maße vorhanden, es wird sogar einfach abgebrannt, zum Beispiel bei der Ölförderung, oder in die Atmosphäre entlassen, wie zum Beispiel in der Landwirtschaft. Allein in der Landwirtschaft könnte Methanol bereits im ausreichenden Maße CO2-neutral hergestellt werden.

Für Methanol sind die technischen Einrichtungen für Transport und Lagerung bereits gegeben. Nur kleinere Modifikationen sind nötig, um die gegenwärtige gebräuchliche Benzin-Infrastruktur zu nutzen. Dasselbe trifft bei den Sicherheitsstandards zu, denn auch diese sind identisch.

Verfügbarkeit und Infrastruktur von Wasserstoff gegenüber Methanol:
Wasserstoff unter alltäglichen Voraussetzungen zu handhaben ist sehr viel aufwendiger und komplizierter, als dies mit Methanol der Fall ist. Daraus ergeben sich deutlich höhere Kosten, was ein besonderes Hindernis für die Verbreitung in weniger entwickelte Gebiete ist. Es muss eine teure Infrastruktur geschaffen werden, deren Erstellung und Unterhalt auch noch energieintensiv ist. Zudem sind hohe Sicherheitsstandards einzuhalten.

Zusammenfassend zeigt sich, dass Wasserstoff die höhere Energieeffizienz von Methanol nicht schlagen kann. Methanol hat den weitaus niedrigeren Energieverbrauch in der Produktion wie auch beim Transport. Mit dieser Aussage soll der Wasserstoff jedoch nicht schlecht gestellt oder auf eine Stufe mit den fossilen Brennstoffen gesetzt werden. Wenn durch die Etablierung der DMFC die Brennstoffzellentechnik sich weiterentwickelt und neue ökologische Energieformen bereitgestellt werden, wird auch die Zeit der HFC kommen. In der nächsten Zukunft stellt sich aber vor allem die Frage der Energieeffizienz, wie viel mehr CO₂ bei der Produktion und in der gesamten Infrastruktur des Wasserstoffkreislaufs erzeugt wird.

Die DMFC hat zwei Hauptprobleme: Die Oberflächenzwischenprodukte und der Methanol-Crossover.

Wenn wir eine Membran mit einer niedrigeren Permeabilität für Methanol wählen, wird der Methanol-Crossover reduziert, aber die Oberflächenzwischenprodukte werden zunehmen. Mit einer höheren Durchlässigkeit wird das Gegenteil passieren.

Die Lösung beider Probleme wäre, die zu akzeptieren, für die Sie eine Lösung gefunden haben:

Nehmen Sie eine Membran mit dem niedrigsten akzeptablen Methanol Crossover und stimulieren Sie die Oberflächenzwischenprodukte, um schneller zu reagieren und um die Membran für weitere Reaktanten zu befreien.

Was steht hinter “Stimulieren der Reaktanten”:

Für jede chemische Reaktion müssen die Reaktanden eine Potentialbarriere überwinden. Die Stimulation senkt die Barriere und hebt das Energieniveau der Reaktanten an. Die Stimulation könnte durch ein oszillierendes elektrisches und/oder magnetisches Feld oder eine mechanische Vibration realisiert werden.