bleibt uns noch, nachdem wir sie jetzt an mehreren Stellen schon vernommen haben, die Brennstoffzellen, englische Fuel Zells, und deswegen oft FC abgekürzt. Wir hatten sie gerade eben auch schon prominent im Einsatz in Blockheitskraftwerken.

Nicht, dass ich jetzt allzu viele von diesen Bauwerken wüsste, insbesondere nicht größere Art. Dazu gibt es einen Recherche-Anteil am Ende dieses Kapitels, wo wir ein bisschen zusammengetragen haben, was es denn an größeren Projekten eigentlich so gibt. Leider gar nicht so viele bei uns in Europa werden sie dann sehen.

Aber eben Brennstoffzellen sind eine interessante, moderne Alternative, insbesondere zu den Motoren. Und gar nicht mehr nur im Pkw- oder Nutzfahrzeugbereich, sondern eben auch, wie wir es gerade gesehen haben, in Blockheitskraftwerken.

Vielleicht sogar in noch größeren Anlagen. Brennstoffzellen prinzipielle Funktionsweise, letztlich ist es die Umkehrung der Elektrolyse. Entsprechend sehen Sie hier auch die groben chemischen Reaktionsgleichungen. Wir sind es jetzt schon

gewöhnt, dass hier nicht unbedingt H Plus steht, sondern auch die entsprechend an Wassermolekül angelagerte Variante des Protons. Macht nichts in der Vereinfachung. Reicht das hier, also sehr schematisch dargestellt, stellen wir uns jetzt eben vor, dass wir Wasserstoff zuführen, aus einem

geeigneten Tank natürlich, und auf der anderen Seite Sauerstoff. Es kann sein, dass es Luft ist und nicht reiner Sauerstoff. Der Sauerstoff ist aber das, was hier reaktionsseitig in der Vereinfachung behandelt wird. Und auch dasjenige, was wir eigentlich hier haben wollen. So wie ist das hier an der Anodenseite. An der Anodenseite wird aus dem Wasserstoffmolekül

ein, nein zwei natürlich, aus einem Molekül Wasserstoff zwei Protonen unter Abgabe zweier Elektronen. Das ist hier, um nachher verrechnen zu können, die obere und die untere Teilreaktion nochmal verdoppelt, damit hier die Ausbalancierung der der Elektronen steht. Und dann wandern

halt die Protonen durch die Elektrolytmembran auf die andere Seite, wo sie auf, nicht Sauerstoff, sondern die negativ geladenen Sauerstoffionen treffen. Sauerstoff wird unter Aufnahme, hier herum wandern da Elektronen und

unter Anlagerung oder Reaktion mit den Wasserstoffprotonen zu Wasser. Das sind Gleichgewichtsreaktionen. Die Seite von links nach rechts ist eben für die Brennstoffzelle und wenn es von rechts nach links ginge, das wäre die Umkehrung eben die Elektrolyse. Warum passiert das hier? Weil ich hier die Anode und Kathode

leitend stelle und nicht extra Strom beigebe, denn sonst würde ich die Rückreaktion eben bevorzugen. Und auf die Weise, das ist etwas, was freiwillig abläuft, dass die Elektronen sich hier lösen, darüber wandern und hier aufgenommen werden, erhalte ich Gleichstrom. Schematisch ist das so für eine Vielzahl

von Brennstoffzellen. Das ist erst einmal hier mit Elektrolytemembran dargestellt für die PEMFC oder PEFC. Das M wie Membran steht da nicht immer drin. Die Direktmethanol Brennstoffzelle und auch die Phosphorsaure. Das können wir uns in den Übersichten noch anschauen, was es so gibt.

Gleich erst einmal machen wir noch den prinzipiellen Aufbau und den Wirkungsgrad. Letztlich ist es so, dass sie natürlich nicht eine einzelne dieser Zellen haben, sondern das wirken. Es gibt eine einzelne Zelle, es gibt Bipolarplatten, Kollektoren und so weiter, Isolators und das wird hier innen drin

gesteckt. Muss uns aber nicht weiter bekümmern. Jetzt fragen wir uns allerdings, wie steht es denn eigentlich um den Gesamtwirkungsgrad? Das erste, was man betrachten kann, ist die chemische Seite in den idealen Wirkungsgrad. Der berechnet sich aus dem Verhältnis der freien Entapie. Sie gibt Energie

durch die Reaktionsentapie. Für diese Teilreaktion ist das zu betrachten. Gasförmiger Wasserstoff plus Sauerstoff gibt flüssiges Wasser. Da gibt es angegebene zu Standardbedingungen geltende Delta H0 und Delta G0.

Wenn man die beiden durcheinander dividiert, das H steht ja unten, also Minuszeichen fliegen raus, dann kommen hier 0,8296 heraus, also 82,96% als idealer chemischer Wirkungsgrad. Nun ist es aber so, dass das nicht genügt.

Man muss auch betrachten den Quotienten der erreichten Klemmenspannung und der theoretischen Gleichgewichtszellspannung. Die Gleichgewichtszellspannung ist lustigerweise 1,2,3 Volt. In der Praxis ist es so, dass die gleichbare Klemmenspannung kein Volt ist, kleiner gleich 1.

Wenn man das durcheinander dividiert, bekommt man zu einem Eta-E elektrisch von 81,3%. Der effektive Gesamtwirkungsgrad Eta-F ist Eta-Ideal mal Eta-E mal Eta-U.

Das ist der Umsatzwirkungsgrad. Der Umsatzwirkungsgrad Eta-F ist maximal 1. Entsprechend haben wir einen Eta-E von maximal 67,45%, zwar elektrisch, ohne Abwerbe zu nutzen. Das erreicht man in der Praxis nicht, aber deswegen haben wir die Wirkungsgrade von 50-60% für Blockhalzkraftwerke

mit Brennstoffzellen, die ich vorhin vermerkt hatte. Eine schematische Übersicht, wer dort ins Detail gehen will, findet hier sowohl die Formen mit ihren Temperaturen und den entsprechenden Reaktanten auf Anodenseite und Kathodenseite.

Hier stehen auch die Typen. Was wir eben besprochen haben, waren die Polymer, Elektrolyt, Membran, Brennstoffzelle, die PEMFC. Es gibt direkt Metanol-Brennstoffzelle. Metanol ist das, was hier auf der rechten Seite hereingeht. Hier hat man Sauerstoff rein, Wasser raus,

das ist hier so, das ist bei dieser so, diese, diese, diese und diese hatten wir auch entsprechend in einem Schema gerade diskutiert. Es gibt welche, die kein Wasser herausbekommen, die Alkaline Fuel Cell, die Solid Oxide Fuel Cell, Fest Keramik. Das Pendant zur SUEC.

Und was kann man hier auf der Seite sehen? Hier haben wir Metanol rein. Manchmal kommt auch noch was heraus. Hier geht was rein und da geht was rein und letztlich hat man hier bei diesen Brennstoffzellen

auch vereinfachte Reaktionsdarstellungen. Aber bei der DMFC ist es so, dass hier zwar das Proton wandert, aber ich habe auf der Seite eben Metanol, was ich reingebe und nicht Wasserstoff und es kommt auch Kohlendioxid raus. Also das einfache Schema kann man zwar für die meisten Brennstoffzellen zeichnen, aber dann sollte man sich

im Detail doch angucken, was wirklich auf den linken und rechten Seiten reingeht und gegebenenfalls auch herauskommt. Hier in der Mitte für den Elektrolyten ist gezeigt, nicht wie er selber ausschaut, sondern was da durchgeht. Es gibt diesen, diesen, diesen Fall, die man eben in einem Schema zeichnen kann, die eben das Proton

auf die rechte Seite transportieren. In diesem Fall geht auf die linke Seite in der Potasche-Lösung ein Ohaminosion bei der Molten Carbonate, der Brennstoffzelle, gibt es einen CO3, was darüber wandert und hier ist es letztlich

ein Sauerstoffatom, was wandert. Jedenfalls in dieser schematischen Darstellung. Und dann haben wir noch ganz wichtig hier auch die Temperaturen, die laufen nämlich alle zu sehr unterschiedlichen Temperaturen, die DMFC, PEMFC, AFC und selbst die PAFC

laufen so im ungefähr 100 Grad Bereich, Grad Celsius, die hier bei höheren Temperaturen auch laufen, die beiden noch deutlich tieferen, vielleicht hier, je nachdem, vielleicht 80 bis 100 ungefähr, keine Ahnung, bei denen sind es mehrere 100 Grad Celsius, wobei Molten Carbonate ein gutes Stück tiefer ist als die SOFCs.

Ähnliche Diskussionen wie bei der Elektrolyse oder bei den SOECs der Koelektrolyse, wo kommt die Temperatur denn her? Das muss man sich in der Umgebung anschauen, ob es einen passenden Prozess gibt. Beziehungsweise, was mache ich mit der Elektrolyse, brauche ich entsprechende Temperaturen, und bei den Brennstoffzellen überlege ich mir dann, was mache ich denn mit den entsprechenden Temperaturen,

die dort entstehen.