Wie hoch ist das Energieeffizienzverhältnis für Wasserstoffbrennstoffzellen?

Anstatt Kraftstoff wie herkömmliche Motoren zu verbrennen, arbeiten Wasserstoffbrennstoffzellen durch einen elektrochemischen Prozess. Zur Stromerzeugung werden Wasserstoffatome auf einer Seite einer Elektrolytmembran ionisiert. Während Protonen durchrutschen, müssen Elektronen den weiten Weg durch einen externen Stromkreis zurücklegen und dabei elektrischen Strom erzeugen. Sobald die Elektronen die andere Seite erreichen und sich mit den Protonen paaren, verbindet sich der Wasserstoff mit Luftsauerstoff, was zu etwas Wärme und Wasser als Nebenprodukten führt.

Im Grunde ist der Prozess ziemlich effizient. Abhängig vom Typ der Wasserstoffbrennstoffzelle beträgt der Wirkungsgrad im Durchschnitt etwa 60 Prozent der gesamten Energiemenge, die durch den obigen Prozess freigesetzt wird. Wasserstoff-Brennstoffzellen im großen Maßstab mit geschmolzenem Carbonat oder festem Oxid als Elektrolytmembran können jedoch sowohl die erzeugte Wärme als auch die erzeugte Elektrizität für einen zusätzlichen Wirkungsgrad nutzen und erreichen bis zu 85 Prozent. Inzwischen erreichen tragbare Brennstoffzellen wie die in Brennstoffzellenautos verwendeten Polymerelektrolytmembranen (PEM) laut US-Energieministerium einen Wirkungsgrad von 50 bis 60 Prozent.

OK, aber wie ist das im Vergleich zu einem normalen Auto? Unglaublich gut. So cool es auch ist, unsere Autos mit kontrollierten Explosionen und flüssigen Dinosauriern zu fahren, Verbrennungsmotoren sind alles andere als effizient. Ohne Berücksichtigung der Leerlaufzeit, des Energieverlusts entlang des Antriebsstrangs, des Luftwiderstands und der Reibung verlieren die meisten Benzinmotoren rund 62 Prozent ihrer Kraftstoffenergie nur durch Wärmeverschwendung.

Aber es gibt immer einen Haken, wenn Sie mit Thermodynamik und Energieeffizienz herumspielen. Im Fall von Wasserstoff handelt es sich um ein Produktionsproblem. Wasserstoff ist vielleicht das reichlichste Element im Universum, aber wenn Sie nicht Lust haben, an der Sonnenoberfläche zu fallen (bringen Sie ein kaltes Getränk und Schuhe mit dicken Sohlen mit!), Werden Sie das Element nirgendwo kostenlos finden. Wasserstoff hier auf der Erde ist immer an etwas gebunden, was bedeutet, dass er extrahiert werden muss. Dieser Prozess ist teuer, zeitaufwändig und erfordert eine enorme Menge an Energie.

Gegenwärtig wird der größte Teil unseres Wasserstoffs durch Elektrolyse oder durch Abziehen aus Erdgas in einem sogenannten Prozess erzeugt Dampfreformierung. (Erdgas ist auch ein fossiler Brennstoff.) Während die Dampfreformierung die häufigste Methode zur industriellen Wasserstoffproduktion ist, erfordert sie viel Wärme und ist äußerst ineffizient. Durch Dampfreformierung erzeugter Wasserstoff hat tatsächlich weniger Energie als das Erdgas, mit dem die Dampfreformierung beginnt. Im Gegensatz zu Wasserstoffbrennstoffzellen verursacht der Prozess außerdem Umweltverschmutzung - daher ist es tatsächlich energieeffizienter, nur die Kohlenwasserstoffe selbst als Brennstoff zu verwenden.

Es gibt jedoch Hoffnung. Wir haben zwar noch keinen gangbaren Weg gefunden, um Wasserstoff billig zu bekommen, aber die Dinge werden besser. Die Materialkosten sinken, und es gibt mehrere potenziell einfachere Möglichkeiten, sie zu sammeln, z. B. die Nutzung von wasserstoffproduzierenden Algen und die Verwendung von Methan auf Mülldeponien. Eine wasserstoffbetriebene Zukunft könnte in Sicht sein, oder es ist zumindest ein Fleck am Horizont.

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Quellen

• Suplee, Curt. "Wetten Sie nicht so schnell auf ein Wasserstoffauto." Washington Post. 17. November 2009. (28. Juli 2010). http://www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2009/11/16/AR2009111602668.html
• US-Energieministerium. "Fortschrittliche Technologien und Energieeffizienz." Leitfaden zum Kraftstoffverbrauch. 2010. (22. Juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml
• US-Energieministerium. "Herausforderungen." Leitfaden zum Kraftstoffverbrauch. 2010. (22. Juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_challenges.shtml
• US-Energieministerium. "Brennstoffzellenfahrzeuge." Leitfaden zum Kraftstoffverbrauch. 2010. (22. Juli 2010). http://www.fueleconomy.gov/feg/fuelcell.shtml
• Wasserstoffprogramm des US-Energieministeriums. "Wasserstoff-Brennstoffzellen." DOE Fuel Cell Fact Sheet. Oktober 2006. (22. Juli 2010). www.hydrogen.energy.gov/pdfs/doe_fuelcell_factsheet.pdf