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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Monitoring

Zum Entwicklungsstand der Brennstoffzellen-Technologie

Themenbereich: Energie, Ressourcen, Umwelt
Analyseansatz: Monitoring
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 1996 bis 1997

Auf Beschluss der Berichterstatterinnen und Berichterstatter für Technikfolgenabschätzung hat sich das TAB seit Ende 1996 mit dem Entwicklungsstand derzeit verfügbarer Brennstoffzellen-Systeme aus technischer und ökonomischer Sicht im internationalen Vergleich befasst. Im September 1997 wurde hierzu ein Sachstandsbericht vorgelegt (TAB-Arbeitsbericht Nr. 51). Dieser gibt einen komprimierten Überblick über den derzeitigen Entwicklungsstand sowie zu aktuellen Trends und Perspektiven der Brennstoffzellen-Technologie.

Das Interesse am Einsatz der Brennstoffzellen-Technologie auch in zivilen Märkten hat in Industrie und Forschung in den 90er Jahren sprunghaft zugenommen. Indikatoren hierfür sind eine deutlich zunehmende Anzahl von Veröffentlichungen, eine Reihe installierter Demonstrationsanlagen (Prototypen) in Amerika, Japan und Europa sowie erhöhte Aktivitäten zur Bildung nationaler bzw. internationaler Arbeits- und Interessengruppen. Ziel dieser Anstrengungen ist es, die Weiterentwicklung der Brennstoffzellen-Technologie möglichst anwendungsorientiert zu gestalten und ihre Markteinführung zu unterstützen. Jedoch bleibt zu verzeichnen, dass trotz erheblicher wissenschaftlicher Fortschritte (z.B. Materialeinsatz) und tendenziell veränderten energiepolitischen Rahmenbedingungen (z.B. Umweltschutzregelungen infolge der Ozon und Treibhausgasproblematik, Dezentralisierung der Stromerzeugung) bisher keine Umsetzung in ein wettbewerbsfähiges Serienprodukt und somit kein großflächiger Einsatz von Brennstoffzellen erfolgt ist. Dabei bietet die Brennstoffzellen-Technologie eine Chance, etwa im Verkehrsbereich, lokal emissions- bzw. immissionsmindernd zu wirken und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zumindest partiell abzubauen. Insofern besitzt die Brennstoffzellen-Technologie eine hohe forschungs-, energie- und umweltpolitische Attraktivität. Wesentliche Ergebnisse der TAB-Studie sind:

  • Von einer Reihe möglicher Brennstoffzellen-Typen haben sich im Wesentlichen fünf durchgesetzt, welche einen sehr unterschiedlichen Entwicklungsstand aufweisen. Niedrig und Mitteltemperatur-Brennstoffzellen sind deutlich weiter entwickelt als Hochtemperatur-Brennstoffzellen.
  • Einsatzgebiete von Brennstoffzellen sind primär die gekoppelte Strom und Wärmeerzeugung und der Verkehrsbereich. Bereits am Markt verfügbar ist die phosphorsaure Brennstoffzelle; insbesondere für den mobilen Bereich wird die Membran-Brennstoffzelle forciert.
  • International wird im wesentlichen in Nordamerika, Japan und Westeuropa an der Entwicklung der Brennstoffzellen-Technologie geforscht, wobei die Intensität dieser Forschungsarbeiten primär bedingt durch verschiedene energie- und umweltpolitische Rahmenbedingungen  sehr unterschiedlich ausgeprägt ist.
  • Insgesamt gesehen hat die Brennstoffzellen-Technologie heute einen Entwicklungsstand erreicht, der für einige Brennstoffzellen-Systeme ein breite Einführung mittelfristig (etwa 2005 bis 2010) möglich erscheinen lässt.
  • Dies setzt voraus, dass die derzeit noch hohen Herstellungskosten, bedingt durch Einzelfertigung und den Einsatz teurer Materialien, signifikant reduziert werden. Um mit den Kosten in Größenordnungen konventioneller Energieerzeugungsanlagen zu kommen, müssten diese derzeit um einen Faktor bis zu zehn reduziert werden; bei Fahrzeugantrieben sind noch deutlich höhere Kostendegressionen erforderlich.
  • Ein wesentliches Charakteristikum von Brennstoffzellen-Systemen ist das begrenzte Spektrum einsetzbarer Brennstoffe, welches mit zunehmender Betriebstemperatur breiter wird. So sind Brennstoffzellen im Niedrigtemperaturbereich nur mit reinem Wasserstoff, im Hochtemperaturbereich dagegen mit verschiedenen Brenngasen (z.B. Erdgas) betreibbar.
  • Der jeweilige Brennstoff hat Einfluss auf die Versorgungsstrukturen, welche etwa bei einem breiten Einsatz von Wasserstoff völlig neu geschaffen werden müssten. Dagegen wäre bei einem Einsatz von Erdgas oder Flüssigbrennstoffen (Methanol, Benzin) ein Anschluss an bereits bestehende Versorgungssysteme möglich.
  • Eine Fortführung dieser Thematik im Sinne einer weitergehenden Einordnung und Beurteilung des Einsatzpotentials der Brennstoffzellen-Technologie in zukünftigen Energie und Verkehrssystemen erscheint nach dem derzeitigen Stand der Bearbeitung sinnvoll.
  • Publikationen und Materialien
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