Wie lange werden unsere fossilen Brennstoffe noch ausreichen? Wie groß ist der zukünftige Bedarf an Energie in den Schwellenländern und der dritten Welt? Kann der CO2-Ausstoß effektiv verringert werden? Ist der globale Klimawandel noch abwendbar?
Das sind Fragen, mit denen sich viele Menschen beschäftigen und versuchen Antworten zu finden.
Einen großen Einfluss auf die Entwicklung im Energiesektor und der Mobilität hat dabei die Erforschung neuer regenerativer Energien. Eine dieser neuen Energien ist die Brennstoffzellentechnik.
Inhalt dieses Belegs ist die Betrachtung dieser Energieform sowohl aus historischer Sicht als auch die möglichen Anwendungsgebiete in der heutigen Zeit und in der Zukunft. Dabei werden wichtige Aspekte, wie die Funktionsweise, die Vor- und Nachteile der Brennstoffzelle und die Chancen durch die Anwendung der neuen Technologie betrachtet. Vor der Betrachtung der historischen Entwicklung ist es zunächst notwendig, zu klären, was eine Brennstoffzelle ist, welche Bauteile sie besitzt und wie sie funktioniert. „Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt.
Eine Brennstoffzelle ist kein Energiespeicher, sondern nur ein Wandler. Die Energie zur Stromproduktion wird mit den Brennstoffen zugeführt. Zusammen mit einem Brennstoffspeicher kann eine reversible Brennstoffzelle einen Akkumulator ersetzen.“
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Was ist eine Brennstoffzelle?
2.1 Definition
2.2 Aufbau und Funktionsweise
3. Die historische Entwicklung der Brennstoffzelle
3.1 Die Entdeckung des Wasserstoffs
3.2 Die Erfindung der Batterie
3.3 Die Entwicklung der Brennstoffzellentechnik
4. Die unterschiedlichen Typen der Brennstoffzelle und ihre heutigen Anwendungen
5. Die Vor- und Nachteile der Brennstoffzelle
5.1 Die Gründe für die Brennstoffzelle
5.2 Die derzeitigen Nachteile der Brennstoffzellentechnik
6. Zukunftsvisionen
7. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Brennstoffzellentechnologie unter Berücksichtigung ihrer historischen Entwicklung, ihrer technischen Funktionsweise sowie ihrer Anwendungspotenziale und Herausforderungen im Kontext der aktuellen globalen Energiedebatte.
- Historische Meilensteine von der Entdeckung des Wasserstoffs bis zur modernen Brennstoffzelle.
- Detaillierte Analyse der technischen Funktionsweise und der verschiedenen Brennstoffzellentypen.
- Bewertung der ökologischen Relevanz und der CO2-Bilanz im Vergleich zu konventionellen Antrieben.
- Untersuchung der wirtschaftlichen Hürden und Sicherheitsaspekte bei der kommerziellen Nutzung.
- Zukunftsperspektiven für den Einsatz der Technologie in der Mobilität und stationären Energieversorgung.
Auszug aus dem Buch
3.3 Die Entwicklung der Brennstoffzellentechnik
Ein weiterer Grundstein für die Erforschung der Brennstoffzelle wurde am 27. Juli 1823 durch den in Jena forschenden Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner gelegt. Dieser fand heraus, dass fein verteiltes Platin in einem mit Luft versetzten Wasserstoffstrom zu glühen beginnt und den Wasserstoff zum Entflammen bringt. Platin unterstützte also die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Er entdeckte damals das Prinzip der Katalyse. Diese findet auch heute noch Anwendungen bei der Funktionsweise von Niedertemperatur-Brennstoffzellen (auf die unterschiedlichen Typen der Brennstoffzellen wird im Abschnitt 4 noch eingegangen).
Erst 1838 stellte sich der Professor für Physik und Chemie – Christian Friedrich Schönbein die Frage, ob man die chemische Energie des entdeckten Knallgases in den galvanischen Elementen Voltas direkt in Elektrizität umwandeln kann. Dazu benutzte er einen denkbar einfachen Versuchsaufbau. Er hing zwei Platindrähte in eine Elektrolyselösung und umspülte diese mit Wasser- und Sauerstoff (ähnlich dem in Abschnitt 2.2 dieser Arbeit beschriebenen Versuchsaufbaus). Dabei konnte er feststellen, dass zwischen den beiden Platindrähten elektrischer Strom fließt und diese Beobachtung ein Ergebnis auf die indirekt geführte Reaktion von Wasser- und Sauerstoff ist. Im Januar 1839 veröffentlichte er diese Ergebnisse unter dem Titel „On the Voltaic Polarization of Certain Solid and Fluid Substances“.
Ein weiterer Experte auf dem Gebiet der Elektrochemie, William Robert Grove (1811-1896), experimentierte ebenfalls mit einer Gasbatterie. Ob Grove damals sein Wissen auf die Untersuchungen Schönbeins stützte oder dieser unabhängig von dem anderen Wissenschaftler auf die gleichen Erkenntnisse kam, ist bis heute unbekannt.
In der kurzen Notiz „On Voltaic Series and the Combination of Gases by Platinum“ vom Februar 1839 erklärte Groves, dass durch die Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff Elektrizität gewonnen und diese auch wieder zur Zerlegung des Wassers in seine Bestandteile genutzt werden könnte.10
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Die Einleitung beleuchtet die globale Energieproblematik, den Klimawandel und die Suche nach regenerativen Alternativen wie der Brennstoffzellentechnik.
2. Was ist eine Brennstoffzelle?: Dieses Kapitel definiert die Brennstoffzelle als Energiewandler und erläutert ihren grundlegenden Aufbau aus Anode, Kathode und Elektrolyt anhand einfacher Versuchsmodelle.
3. Die historische Entwicklung der Brennstoffzelle: Hier wird die historische Evolution der Technologie nachgezeichnet, beginnend bei der Entdeckung des Wasserstoffs und der Erfindung der Batterie bis hin zu den Pionierarbeiten von Schönbein und Grove.
4. Die unterschiedlichen Typen der Brennstoffzelle und ihre heutigen Anwendungen: Es erfolgt eine detaillierte Differenzierung der Brennstoffzellentypen nach Betriebstemperatur und Material, ergänzt um eine tabellarische Übersicht ihrer Einsatzgebiete.
5. Die Vor- und Nachteile der Brennstoffzelle: Das Kapitel analysiert die Ökobilanz und CO2-Vorteile sowie die wirtschaftlichen, technischen und sicherheitsrelevanten Herausforderungen der kommerziellen Einführung.
6. Zukunftsvisionen: Eine Betrachtung der Marktentwicklung, des zunehmenden industriellen Interesses und der Prognosen für den Einsatz in der Automobilindustrie und dezentralen Energienetzen.
7. Fazit: Die abschließende Würdigung stellt fest, dass trotz der Verzögerungen durch fossile Interessensgruppen ein Umdenken stattgefunden hat und die Brennstoffzelle eine essenzielle Rolle in der künftigen Energieerzeugung einnimmt.
Schlüsselwörter
Brennstoffzelle, Wasserstoff, Energiewende, Klimawandel, Elektrolyse, PEM, Wirkungsgrad, CO2-Emissionen, regenerative Energien, Brennstoffzellenfahrzeug, Elektrochemie, Wasserstoffspeicherung, Energieversorgung, PEMFC, Mobilität.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet eine umfassende Übersicht über die historische Entwicklung, die Funktionsweise sowie die Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzellentechnologie.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf der technischen Historie, der energetischen Bewertung, ökologischen Aspekten und den wirtschaftlichen Perspektiven dieser Technologie.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist es, den historischen Hintergrund, die Vor- und Nachteile sowie die aktuellen Anwendungsgebiete und zukünftigen Chancen der Brennstoffzellentechnologie zu untersuchen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor stützt sich auf eine fundierte Literatur- und Quellenanalyse, die durch technische Erläuterungen und den Vergleich mit Fallbeispielen ergänzt wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden der Aufbau der Brennstoffzelle, ihre verschiedenen technischen Typen, die Analyse der Ökobilanz sowie die Kosten- und Sicherheitsfragen detailliert erläutert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich primär über Begriffe wie Brennstoffzelle, Wasserstoff, regenerative Energien, CO2-Bilanz und Energiewende definieren.
Wie unterscheidet sich die Brennstoffzelle in ihrer Effizienz von konventionellen Verbrennungsmotoren?
Die Brennstoffzelle ermöglicht eine direkte Umwandlung chemischer Energie in Strom, was in der Regel zu einem deutlich höheren Wirkungsgrad führt als der dreistufige Umwandlungsprozess bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren.
Stellt die Verwendung von Wasserstoff in Fahrzeugen ein unvertretbares Sicherheitsrisiko dar?
Nein, der Autor kommt zu dem Schluss, dass Wasserstoff trotz der Explosionsgefahr bei Leckagen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen wie Benzin aufgrund moderner Sicherheitskonzepte sogar ein höheres Sicherheitspotenzial bietet.
Welche Rolle spielt Platin bei den Kosten der Brennstoffzellentechnologie?
Platin dient als teurer Katalysator. Insbesondere bei PEM-Brennstoffzellen entfallen etwa 80% der Gesamtkosten auf Materialien, wobei der Platinanteil einen signifikanten Kostenfaktor darstellt.
- Quote paper
- Dirk Magdeburg (Author), 2008, Die historische Entwicklung der Brennstoffzelle, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/90918
