Können Festoxidbrennstoffzellen den Transport verändern?

  • Paul Sparks
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Hast du jemals einen Ecobus gesehen? Schauen Sie sich diese Bilder mit Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen an, um mehr zu erfahren. iStockphoto / Thinkstock

Mit steigendem Energiebedarf wächst auch unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Die Angst vor Ressourcenverknappung und einer zunehmenden Abhängigkeit von ausländischem Öl hat jedoch alternative Energiequellen wie Brennstoffzellen in den Mittelpunkt gerückt. Anstatt Kraftstoff zu verbrennen, erzeugen sie Elektrizität durch eine chemische Reaktion. Eine Brennstoffzelle verwendet eine positive Elektrode (die Kathode) und eine negative Elektrode (die Anode) mit einem Elektrolyten dazwischen, um geladene Teilchen zu leiten. Wissenschaftler kennen Brennstoffzellen seit mehr als einem Jahrhundert, und die NASA hat sie in den 1960er Jahren tatsächlich auf dem Apollo-Raumschiff und später auf dem Space Shuttle eingesetzt.

Eine der effizientesten Arten von Brennstoffzellen ist die Festoxidbrennstoffzelle (SOFC). In einer SOFC wird Sauerstoff durch die Kathode geschickt, wobei negativ geladene Sauerstoffionen freigesetzt werden, die durch den Elektrolyten von der Kathode zur Anode gelangen. An der Anode treffen die Ionen auf ein Brenngas und reagieren unter Freisetzung von Elektronen (sowie Wasser, Kohlendioxid und Wärme). Dies erzeugt einen Strom von nutzbarem Strom. Mehrere Brennstoffzellen sind in einer Reihe zusammengefasst, die als Stapel bezeichnet wird.

SOFCs verursachen nicht nur weniger Emissionen, sondern sind auch zwei- bis dreimal effizienter als Verbrennungsmethoden. Ein Vorteil von SOFCs gegenüber Wasserstoffbrennstoffzellen ist die Brennstoffflexibilität - SOFCs können mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden, einschließlich Wasserstoff und Biokraftstoffen. Im Gegensatz zu anderen Brennstoffzellen verwenden sie auch billigeres Keramikmaterial als Edelmetalle. Sie sind auch nicht auf die Wiederverwendung von Abwärme angewiesen (sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung). Aufgrund dieser zahlreichen Vorteile haben sich SOFCs bereits zum Heizen von Gebäuden als nützlich erwiesen.

Zahlreiche Einschränkungen haben jedoch ihre Anwendbarkeit in großem Umfang in Sachen Autos eingeschränkt. Die SOFCs sind nämlich sehr groß und sehr heiß. Die hohe Temperatur ermöglicht höhere Wirkungsgrade, wirft jedoch auch technische Probleme auf. Typische SOFCs, die auf dem Markt sind, wie der Bloom Energy Server (bekannt als Bloom Box), verwenden dicke Elektrolyte in den Brennstoffzellen, um strukturelle Unterstützung hinzuzufügen. Dies führt jedoch zu mehr elektrischem Widerstand, der durch hohe Temperaturen überwunden werden muss.

Im Jahr 2011 kündigten Forscher der University of Maryland jedoch Entwicklungen an, bei denen ein neues Design und andere Materialien für den Elektrolyten verwendet wurden, die eine viel kleinere Größe ermöglichen. Die Forscher reduzierten auch erfolgreich die Betriebstemperatur signifikant auf 650 Grad Celsius (1202 Grad Fahrenheit) von 900 Grad Celsius (1652 Grad Fahrenheit). Dies senkt die Kosten für die Isoliermaterialien, die erforderlich sind, um die Zeit zu verkürzen, die das System zum Aufheizen benötigt.

Obwohl Wasserstoffbrennstoffzellen als Zukunft von Autos mit alternativer Energie viel Aufmerksamkeit in den Medien erlangt haben, glauben viele, dass SOFCs tatsächlich das größte Transportpotential besitzen. Selbst wenn die Entwicklungen SOFCs für den Einsatz in Fahrzeugen praktischer machen, könnten wir beispielsweise Autos sehen, die die Elektroautobatterie mit der SOFC-Technologie kombinieren.




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