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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Brennstoffzellen statt Verbrennungsmotor fürs Auto |
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Die bis Freitag abend laufende Tagung "Motor und Umwelt" des Grazer Motorenentwicklers AVL List GmbH ist dem Thema "Verbrennungsmotor versus Brennstoffzelle - Potenziale und Grenzen für den Automobilantrieb" gewidmet.
Rund 400 Fachleute aus aller Welt sind zu der im Grazer Congress laufenden Veranstaltung angereist.
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Brennstoffzellen
Eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung zur direkten Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie - analog zur Batterie. Anders als bei galvanischen Zellen oder Batterien entlädt sich eine Brennstoffzelle aber nicht, und sie kann auch nicht aufgeladen werden: Sie arbeitet kontinuierlich, solange von außen Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden. Eine Brennstoffzelle enthält eine Anode, an der der Brennstoff zuströmt (meist Wasserstoff), und eine Kathode, an der das Oxidationsmittel zuströmt, meist Luft oder Sauerstoff. Die Energie stammt aus der Reaktion der Wasserstoffteilchen mit den Sauerstoffteilchen. |
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 Mehr zur Brennstoffzellen-Technologie |
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Massenproduktion erst in zehn Jahren sinnvoll |
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Eine ökonomisch sinnvolle Massenproduktion von Brennstoffzelle als Energieumwandler für den Fahrzeugbetrieb werde erst in rund zehn Jahren möglich sein, schätzte Manfred Fortnagel, der Entwicklungsleiter von PKW-Motoren der DaimlerChrysler AG, Stuttgart gleich bei seinem Eröffnungsreferat zur Tagung.
Die Gründe hierfür: "Technische Herausforderungen wie Speicherungsprobleme bei der wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle, deutlich zu hohe Kosten und
vor allem die heute fehlende Infrastruktur", erklärte Fortnagel.
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Zukunfts-Technologie mit Detail-Problemen |
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Seit Jahren wird die Brennstoffzellen zwar als mögliche revolutionäre Technologie gepriesen, die Elektroautos zum Durchbruch verhelfen und Laptops wirklich langfristig unabhängig machen soll.
Doch so alt das Prinzip der Brennstoffzelle auch ist, der Teufel steckt im Detail. Bis heute feilen Wissenschafter und Technologen an Prototypen, an der Feinabstimmung der verschiedenen Varianten.
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Funktionsweise klingt einfach |
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Die Funktionsweise der Technologie klingt - im Prinzip - einfach und wurde schon im 19. Jahrhundert vom Engländer Sir William Robert Grove entdeckt.
Es handelt sich um eine so genannte katalytische oder kalte Verbrennung. Wasserstoff und Sauerstoff werden - kontrolliert - zusammengebracht und reagieren unter der Abgabe von Energie. Einziger "Schadstoff", der dabei entsteht, ist Wasser.
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Verschiedene Typen von Brennstoffzellen
Damit die beiden Ausgangselemente nicht unkontrolliert zusammentreffen und mit einer Explosion reagieren, bedarf es eines geeigneten Elektrolyten als Trennmedium. Dieser kann etwa eine Membran sein, ein Gel oder eine Flüssigkeit. Die entstehende Energie wird mittels Elektroden als elektrischer Strom abgeleitet. Je nach Art der Elektrolyten und Elektroden werden mittlerweile die verschiedensten Typen von Brennstoffzellen unterscheiden. |
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Woher kommt der Wasserstoff? |
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Stellt sich nur die Frage, wie man die Ausgangselemente Wasserstoff und Sauerstoff zur Verfügung stellt. Der Sauerstoff wird einfach aus der Luft genommen, bleibt das Problem Wasserstoff.
Die einfachste Möglichkeit ist das Gas extrem gekühlt und dadurch verflüssigt einfach in einen wärmeisolierten Druckbehälter zu packen, und kontrolliert in die Brennstoffzelle strömen zu lassen.
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Molekularer Wasserstoff muss erst erzeugt werden |
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Ein weiteres Problem ist, dass molekularer Wasserstoff zunächst unter Energieaufwand erzeugt werden muss. Dazu kann fossile Energie ebenso eingesetzt werden, wie Sonnen-, Wind- oder Biomasseenergie.
Letztendlich ist die Brennstoffzelle also so viel oder so wenig umweltfreundlich, wie die Art und Weise, in der der dafür nötige Wasserstoff hergestellt wird.
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Gefährlicher Transport |
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Der Transport von größeren Mengen des leicht brennbaren Wasserstoffs in Druckbehältern ist allerdings nicht ungefährlich.
Daher hat die Wissenschaft auch Möglichkeiten geschaffen, wie der Wasserstoff erst vor Ort, in einem vorgeschalteten Gerät namens Reformer erzeugt wird.
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Produktion bei Bedarf
Je nach Art des Reformers kann dieser die verschiedensten energiereichen Verbindungen "verdauen", etwa Alkohole, Benzin oder auch Erdgas. Der Wasserstoff wird nur dann produziert, wenn er in der Brennstoffzelle gebraucht wird. |
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Die Tücken des Reformers |
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Aber auch der Reformer hat seine Tücken, er braucht noch relativ viel Platz, bisher sogar mehr als die Brennstoffzelle selbst.
Zudem muss zwischen Reformer und Zellen noch ein Reiniger geschaltet werden, denn bei der Wasserstofferzeugung entsteht als Nebenprodukt auch Kohlenmonoxid und dies wäre für die Brennstoffzelle Gift.
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Laboratorium für Brennstoffzellensysteme in Graz |
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In Zusammenarbeit der Technischen Universität (TU) Graz, AVL List und der OMV AG wurde eigens ein Christian Doppler (CD)-Laboratorium für Brennstoffzellensysteme ins Leben gerufen.
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Österreicher setzen auf Methanol |
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Die österreichischen Forscher vom CD-Labor setzen daher auf die bisher einzige Brennstoffzellen-Technologie bei der nicht Wasserstoff, sondern direkt Methanol - ein Alkohol - in die Brennstoffzelle eingebracht wird.
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Direkt-Methanol-Brennstoffzelle
Die Zelle mit dem bezeichnenden Namen Direkt-Methanol-Brennstoffzelle erbrütet sich ihren Wasserstoff sozusagen selbst, am Pluspol wird das wasserstoffreiche Methanol-Molekül unter Mithilfe eines Katalysators gespalten. |
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Auch hier gibt es Probleme |
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Doch auch bei dieser Technologie machen die Details Probleme. So darf das Methanol nicht direkt zum Minuspol gelangen, das Ergebnis wäre ein so genannte elektrochemischer Kurzschluss.
Daher setzen die Grazer Forscher flüssige Elektrolyten ein, die über Pumpen und entsprechende Strömungen dafür sorgen, dass der Alkohol nicht zur Kathode gelangt.
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Hauptvorteil: Einfache Methanol-Betankung |
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Die Hauptvorteil der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle wäre der Umstand, dass - etwa ein damit betriebenes Fahrzeug - einfach mit Methanol betankt werden könnte, Druckbehälter für Wasserstoff oder auch aufwendige Reformer entfallen.
Bleibt abzuwarten, ob der Traum vom emissionsarmen Auto mit unbegrenztem Einsatzradius dank dieser Methode war wird. Denn Voraussetzung wäre ein entsprechendes flächendeckendes Methanoltankstellennetz.
(APA/red)
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Mehr zum Thema Brennstoffzellen in science.orf.at: |
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01.01.2010 |
