23. Dezember 2004 Druckversion | Versenden | Leserbrief
BILLIGER STROM
Forscher melden Durchbruch bei Brennstoffzellen
Von Dirk Lullies
Eine neuartige Brennstoffzelle könnte die Energiekonzerne in Verlegenheit bringen. Der in Dresden entwickelte Stromspender soll zehn Mal länger halten als bisherige Brennstoffzellen und ein ganzes Einfamilienhaus mit Strom versorgen - zu Kosten von maximal 2000 Euro, unabhängig vom bisherigen Stromnetz.
Fraunhofer IKTS Aufbau eines SOFC-Stacks: Lasagne aus Keramik- und Metallschichten
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe in Dresden sind Rifkins Vision jetzt einen Schritt näher gekommen. Sie haben eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle entwickelt, die nicht nur preiswerter, sondern vor allem erheblich langlebiger als bisherige Systeme ist. Während der Kern anderer Zellen, "Stack" oder Stapel genannt, alle 4000 Betriebsstunden ersetzt werden müsse, soll die Fraunhofer-Zelle mindestens zehnmal so lange halten - und den Strom aus der Zelle endlich wirtschaftlich machen.
"Übliche Stacks degradieren alle tausend Betriebsstunden um bis zu zehn Prozent", sagte Fraunhofer-Abteilungsleiter Peter Otschik gegenüber SPIEGEL ONLINE. "Bei unserer Zelle haben wir nach 1500 Stunden Praxistest noch gar keine Degradation gemessen." Damit ist die neue Zelle laut Otschik für den Alltagsbetrieb zu Hause geeignet - und ein technologischer Durchbruch. "Flächendeckend eingesetzt, könnte die Zelle ein großer Schritt zur dezentralen Energieversorgung Deutschlands sein", sagte er.
Neues Material verhindert Energie-Verluste
Günter Schiller, Leiter der Projektgruppe Hochtemperatur-Brennstoffzellen am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, hält die Dresdner Erfindung für einen großen Schritt nach vorn. "Für den stationären Betrieb in Häusern ist eine Haltbarkeit von 40.000 Betriebsstunden nötig", sagte er gegenüber SPIEGEL ONLINE. Bisher hätten diesen Wert aber nur Prototypen erreicht, die sich für Kraftwerke eigneten - und nicht für Einzelhaushalte.
Detlef Stolten, Brennstoffzellen-Experte des Helmholtz-Forschungszentrums Jülich, warnt dagegen vor zu frühem Optimismus: "Die 40.000-Stunden-Prognose basiert bisher nur auf einer Hochrechnung. Das ist, als ob man bei einem 20-Jährigen den Blutdruck messen und das Ergebnis auf ein Alter von 75 Jahren hochrechnen würde."
Fraunhofer IKTS Stack einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle: Fraunhofer-Forscher haben eine extrem langlebige und günstige Version entwickelt
Daher setzt Otschiks Team auf eine oxidkeramische Brennstoffzelle, eine so genannte Solid Oxide Fuel Cell, kurz SOFC. Wie alle Hochtemperatur-Zellen arbeitet sie bei über 800 Grad Celsius. Sie lässt zunächst Erdgas mit Sauerstoff zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid reagieren, dann wandelt sie beides in einer weiteren Reaktion mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Energie um. Beide Reaktionen finden in den Stacks im Inneren der Zelle statt - aufeinander gestapelten Schichten aus Nickel-Anoden, Keramik-Kathoden und Metallplatten zum Ableiten des Stroms.
Forscher: Höchstmöglicher Wirkungsgrad erreicht
Das Problem: Wegen winziger Unebenheiten liegen diese Schichten nie genau aufeinander, es entsteht ein Kontaktwiderstand, der den Stromfluss behindert. "Sie produzieren wie bei einer Batterie im Inneren der Zelle viel Wärme und wenig Strom", erklärt Otschik.
Fraunhofer IKTS Herstellung einer Stack-Schicht: Eine elastische Paste steigert den Gesamtwirkungsgrad auf 90 Prozent
Gegenüber Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen, wie sie künftig etwa in Laptops oder Handys eingesetzt werden können, soll die Fraunhofer-Zelle einen um 15 Prozent höheren Wirkungsgrad besitzen.
Einen Nachteil hat die neue Technik dennoch: Sie ist nicht klimaneutral. Im Gegensatz zu Brennstoffzellen, die aus erneuerbaren Energien erzeugten Wasserstoff verwenden, fällt bei der Fraunhofer-Zelle das Treibhausgas Kohlendioxid an. "Wenn das Gas verbrannt wird, entsteht Kohlendioxid, daran kann man nicht vorbei", erklärt Otschik. "Das Entscheidende ist aber die dezentrale Nutzungsmöglichkeit der neuen Technik. Bei der bisherigen Strom- und Wärmeversorgung gehen bis zu 50 Prozent der Energie allein durch den Transport verloren." Seine neue Zelle gehe dagegen bedeutend sparsamer mit den fossilen Brennstoffen um.
Die Forscher wollen mit ihrer Brennstoffzelle jetzt den Massenmarkt erobern. Sie haben ihre Erfindung zum Patent angemeldet und hoffen auf Investoren. Wenn sie fündig werden, will das Team innerhalb der nächsten drei Jahre eine Variante mit einem Kilowatt Leistung auf den Markt bringen.
Das würde laut Otschik ausreichen, um ein (sparsames) Einfamilienhaus mit Strom zu versorgen - für 1000 bis 2000 Euro, dem Kaufpreis der Brennstoffzelle. Heizwärme müsste man allerdings teilweise dazukaufen: Die Zelle liefert etwas mehr als ein Kilowatt Wärmeleistung. Das reicht nur für Niedrigenergiehäuser - alle anderen Haushalte benötigen drei bis vier Kilowatt mehr.
ZUM THEMA IN SPIEGEL ONLINE
Japanische Erfindung: Erstes Handy mit Brennstoffzelle vorgestellt (04.10.2004)
SPIEGEL-DOSSIERS
Brennstoff: Die leise Revolution [€] (27.09.2004)
ZUM THEMA IM INTERNET
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien Foundation on Economic Trends - Jeremy Rifkin
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Dresden
 Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe aus Dresden meldet eine wesentliche Verbesserung bei der Lebensdauer von Brennstoffzellen. Die so genannte Degradation, also die Abnahme des Wirkungsgrades mit zunehmender Lebensdauer, sei um den Faktor „Zehn“ minimiert worden. Damit könne man die Lebensdauer einer Zelle von heute rund 1.500 Stunden auf zukünftig über 40.000 Stunden verbessern. Der Grund für die höhere Leistungsfähigkeit ist ein neues oxidkeramisches Material.