Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Brennstoffzellen für Strom und Wärme
Der Beitrag beschäftigt sich zunächst mit dem Weg, den die Entwicklung von Brennstoffzellen-Systemen für die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom nehmen musste, um marktreif zu werden. Der zweite Abschnitt erläutert in groben Zügen die Technik von Brennstoffzellen-Geräten für die Hausenergieversorgung, der dritte beschreibt einige bereits lieferbare Ausführungen.
Stationen der Entwicklung
Brennstoffzellen-Geräte zählen zum Spannendsten, was die Gebäudetechnik derzeit zu bieten hat. Sie versuchen gerade, sich für immer im deutschen Markt zu etablieren, und gelten bei vielen als Energieversorgung der Zukunft. Ein BZ-Gerät versorgt zuverlässig, zukunftssicher und höchst effizient Gebäude mit Wärme, Warmwasser und Strom. Dabei beeindruckt die Technik mit einem niedrigen Energieverbrauch und einem nur geringen Ausstoß an Treibhausgasen. Noch sind die Geräte eher selten anzutreffen, doch mit dem steigenden Bedarf an CO2-freier Energieversorgung erhöhen sich ihre Marktchancen.
Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger ist älter, als viele vielleicht denken. Die Idee dazu verbreitete schon der französische Science-Fiction-Autor Jules Verne: „Was werden wir später einmal statt Kohle verbrennen?“, lässt er in einem seiner Romane einen Seemann seinen Kapitän fragen. Dessen Antwort: „Wasser! Wasserstoff und Sauerstoff werden für sich oder zusammen zu einer unerschöpflichen Quelle von Wärme und Licht werden, mit einer Intensität, die die Kohle überhaupt nicht haben könnte; das Wasser ist die Kohle der Zukunft.“ Das war 1874 (Bild 1). Leider kommt Wasserstoff in der Natur nicht ungebunden vor und muss erst mithilfe anspruchsvoller technischer Systeme gewonnen werden.
Vom Labor ins Weltall
Erste Laborversuche hatte es bereits 1838 gegeben. Es dauerte aber noch mehr als 60 Jahre, bis mit der sogenannten Nernst-Lampe, die einen Pavillon der „Allgemeinen Electrizitäts Gesellschaft“ (AEG) auf der Weltausstellung 1900 beleuchtete, eine erste sinnvolle Anwendung gelang. Ein Professor namens Walther Nernst hatte im Jahre 1897 in Göttingen bei seinen Versuchen, ein neues System der elektrischen Glühlichtbeleuchtung zu entwickeln, in einer Lampe ein mit Yttrium dotiertes Zirkoniumdioxid als Elektrolyten eingesetzt. Diese „Nernst-Masse“ bildet noch heute die Basis für Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC).
Nach abermals mehr als 60 Jahren gelang es der Brennstoffzellen-Technologie dann endlich, erste erfolgversprechende Anwendungsgebiete zu gewinnen: beispielsweise in der Raumfahrt, wo Alkaline Fuel Cells (AFC) beim Apollo-Programm der NASA (1961–1972) und bei mehr als 120 Space-Shuttle-Flügen als kompakte und leistungsstarke Energiequellen zum Einsatz kamen. Als dann Forschung und Wissenschaft begannen, diese Technologie mit Sicht auf den zivilen Gebrauch intensiv zu erforschen, wurden schnell weitere Anwendungsmöglichkeiten sichtbar. Da solche Systeme sowohl thermische als auch elektrische Energie erzeugen, also typische KWK-Anlagen darstellen, wurde auch ihr Einsatz in Wohn-, Büro- und Gewerbegebäuden zunehmend interessant.
Jules Verne wäre sicher enttäuscht gewesen, dass die Brennstoffzellen-Technologie – soweit man sie in der Energieversorgung von Gebäuden einsetzen wollte – zunächst nicht so recht aus den Startlöchern kam. Doch immerhin führten seit dem Jahr 2000 einige Hersteller erste größere Feldversuche durch, mit dem Ziel, Mikro-BZ-KWK-Geräte zur Marktreife zu entwickeln. Einzelne Pressemeldungen von Herstellern sprachen damals von einer Markteinführung bis 2007. Die Stiftung Warentest war etwas zurückhaltender und berichtete, die Brennstoffzelle gelte bei vielen Fachleuten zwar als verlässlicher Energielieferant der Zukunft, erste wirklich taugliche Geräte für Ein- und Mehrfamilienhäuser seien aber nicht vor Ende des Jahrzehnts, also vor 2010, auf dem Markt zu erwarten.