HR-FUELCELL

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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.

DIE PHILOSOPHIE

Innovation

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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.

Warum Brennstoffzelle, und nicht Batterien

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.

Warum Direkt-Methanol-Brennstoffzelle

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. Hier ist die Energieeffizienz 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 die DMFC CO2 ausstößt, kann man mit deren Emission an CO2 bis zu dreimal weiter fahren als mit einem vergleichbaren Verbrennungsmotor. In der Folge würden die CO2-Emissionen deutlich sinken. Dabei kann ein Großteil des Methanols auch noch CO2-neutral hergestellt werden. Im Vergleich dazu sind die HFC-Cars, die indirekt durch die Bereitstellung von H2 auch CO2 erzeugen, und Ihre Zero-CO2-Emissionen vor Ort vernachlässigbar. Für die Umwelt und das Klima wäre es ein gewaltiger Fortschritt, wenn in 10 Jahren dreiviertel aller Autos auf der Welt nur noch ein Drittel an CO2 emittieren würden. Die Vorteile durch den weltweit geringeren Ölverbrauch und die stark verringerten CO2-Emissionen für die Umwelt wären enorm.

 

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 weiter entwickelt und neue ökologische Energieformen bereitgestellt werden, wird auch die Zeit der HFC kommen. In der nächsten Zukunft stellt sich aber v.a. die Frage der Energieeffizienz, wie viel mehr CO2 bei der Produktion und in der gesamten Infrastruktur des Wasserstoffkreislaufs erzeugt wird.

STATEMENT

Für einen umweltbewussten Umgang mit Energie ist nicht nur die Höhe des Verbrauchs, sondern auch die erreichte Effizienz von grundlegender Bedeutung.

Wenn wir den Komfort, den Spaß und die Freude stark einschränken, könnten wir sehr viel Energie sparen und somit die CO2-Emission reduzieren. Aber dies wäre kein anstrebenswertes Leben mehr. Als Alternative bleibt nur die Energieeffizienz mit ihren gewaltigen und ungenutzten Möglichkeiten.

Umweltbewusst und ökonomisch sinnvoll wäre es, den ökologischen Strom für stationäre Verbraucher zu nutzen, welche keine alternativen Bezugsquellen haben. Im mobilen Bereich könnte man mit Hilfe von Direkt-Methanol-Brennstoffzellen energieeffizient die Umwelt schonen. Hierbei sei noch einmal darauf hingewiesen: Für den gesamten Energiebereich steht nur ein begrenzter Teil ökologisch erzeugter Energie zur Verfügung, der größte Teil ist mit der Emission von CO2 behaftet. Wenn wir ökologischen Strom für E-Fahrzeuge hergegeben, wird irgendwo anders mehr CO2-Strom benötigt. Die Energieeffizienz der Brennstoffzelle ist jedoch höher als die der Batterie, was Produktion, Transport und Lagerung angeht.

In der Zusammenfassung kann gesagt werden, dass es kurz- und mittelfristig keine Alternativen zur Direkt-Methanol-Brennstoffzelle gibt, wenn es darum geht die CO2-Emissionen schnell und drastisch zu senken.