Brennstoffzellen werden immer öfter in Bezug auf umweltfreundliche und effiziente Energiegewinnung genannt.
Eine Brennstoffzelle ist eine sog. galvanische Zelle, In einer galvanischen Zelle wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Ein Beispiel hierfür sind Batterien und Akkumulatoren (kurz: Akku). Wenn sich Metalle in einer Elektrolytlösung befinden, gehen diese in Lösung und setzen Ionen frei. In einer galvanischen Zelle ist befinden sich zwei unterschiedliche Metalle jeweils in einer eigenen Zelle. Jedes Metall setzt hier unterschiedliche Ionen frei. Verbindet man nun die Metalle und die Elektrolytlösungen miteinander, findet ein Ausgleich statt und es fließt Strom. Sind die Potentiale dann ausgeglichen, fließt kein Strom mehr. Eine galvanische Zelle ist demnach ein Energiespeicher.
Anders eine Brennstoffzelle, diese speichert keine Energie, sondern hier wird die Energie zur Stromproduktion mittels eines Brennstoffes zugeführt.
Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden (Anode u. Katode), die durch eine Membran oder Elektrolyt (Ionenleiter) voneinander getrennt sind. Die Energie wird durch eine Reaktion von Sauerstoff mit dem Brennstoff geliefert. Brennstoffe können Wasserstoff oder auch organische Verbindungen wie z.B. Methan und Methanol sein. Der Brennstoff wird über die Elektroden kontinuierlich zugeführt.
Der Brennstoff, hier Wasserstoff, wird an der Anode katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Wasserstoffionen oxidiert. Man spricht hier auch von einer kalten Verbrennung.
Die Wasserstoffionen gelangen durch die Ionen-Austausch-Membran in die Kammer mit dem Oxidationsmittel. Die Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen elektrischen Verbraucher, zum Beispiel eine Glühlampe, zur Kathode. An der Kathode wird das Oxidationsmittel, hier Sauerstoff, durch Aufnahme der Elektronen zu Anionen reduziert, die unmittelbar mit den Wasserstoffionen zu Wasser reagieren.
Bei der in der Brennstoffzelle ablaufenden chemischen Reaktion entsteht gleichzeitig Strom und Wärme.
Zum Einsatz kommen heute Erdgas-Wasserstoff Brennstoffzellen mit einem elektrischen Wirkungsgrad von ca. 30%. Die anfallende thermische Energie steht unmittelbar zur Verfügung.
Der Nutzungsgrad, d.h. der effektiv nutzbare Teil der eingesetzten Energie ist bei einer dezentralisierten (z.B. Einsatz in einem Wohnhaus) Brennstoffzelle deutlich größer als bei einer zentralisierten Lösung über einen Versorger, da hier keine großen Transportverluste oder Abwärmeverluste bei der Stromproduktion entstehen.
Brennstoffzellen zum Einsatz in Mehr- oder Einfamilienhäusern befinden sich z.Zt. noch eher in der Erprobungsphase. Prinzipbedingt bestehen noch Probleme in Bezug auf die Lebensdauer von Brennstoffzellen. Auch Kosten/Nutzenrechnungen weisen noch eher eine negative Bilanz aus.
Einige Versorger bieten Zuschüsse oder übernehmen für Feldversuche die Kosten für eine Brennstoffzelle.
