→Springe direkt zum Inhalt

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

TA-Projekt

Brennstoffzellen-Technologie

Themenbereich: Energie, Ressourcen, Umwelt
Analyseansatz: TA-Projekt
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 1998 bis 2000

Die Brennstoffzellen-Technologie befindet sich in einer entscheidenden Phase. Wichtige Weichenstellungen im Prozess der Innovation sind zu erwarten. Weltweite Entwicklungsanstrengungen großer Unternehmen und umfangreiche staatliche Förderprogramme dokumentieren die Erwartung, dass mit ihrem Einsatz erhebliche Marktpotenziale erschlossen sowie Problemlösungen im Verkehrssektor und in der Energiewirtschaft gefunden werden könnten. Auch verbinden sich mit der Brennstoffzellen-Technik Perspektiven wesentlich umweltfreundlicherer Antriebe im Straßenverkehr und effizienterer sowie ökologisch vorteilhafterer Anlagen zur Wärme- und Stromerzeugung. Diese mittelfristige Perspektive wird ergänzt durch die plausible Vision eines Einsatzes von Brennstoffzellen als Brücke in eine (zukünftige solare) Wasserstoffwirtschaft und als deren zentrales Element.

Untersuchungsgegenstand und Zielsetzung

Auf Beschluss des Ausschusses für Bildung, Wissenschaft, Forschung, Technologie und Technikfolgenabschätzung wurden Chancen und Möglichkeiten der Brennstoffzellen-Technologie bei der Ausgestaltung eines künftigen, ökonomisch tragfähigen und ökologisch attraktiven Energieversorgungs- und Verkehrssystems untersucht. Dies schließt eine Analyse ein, ob und wie durch politische Maßnahmen entsprechende Rahmenbedingungen geschaffen werden könnten.

Aufbauend auf den Arbeiten eines Sachstandsberichtes "Zum Entwicklungsstand der Brennstoffzellen-Technologie" (1997) wurde 1998 eine Weiterführung als TA-Projekt beschlossen.

Ergebnisse

Der Abschlussbericht zeichnet ein umfassendes und differenziertes Bild vom Stand der Entwicklung und von den Zukunftsperspektiven eines verbreiteten Einsatzes von Brennstoffzellen-Systemen und dessen möglichen Folgen. Neben technischen Besonderheiten der Brennstoffzelle werden ihre unterschiedlichen Systeme beschrieben, und es wird ein Überblick über die im Wesentlichen nutzbaren Energieträger und Treibstoffe gegeben. Der Schwerpunkt wird auf die differenzierte Aufbereitung des Standes und der Perspektiven der Brennstoffzellen-Technologien in den Anwendungsfeldern Verkehr, Energiewirtschaft und tragbare elektronische Kleingeräte gelegt.

Mobile Anwendungen

Brennstoffzellen für mobile Anwendungen werden im Schwerpunkt für den Antrieb von Straßenfahrzeugen (Pkw und Busse) diskutiert. Die Motive für zahlreiche industrielle Aktivitäten in diesem Bereich liegen in einem - allerdings in großen Teilen technisch und wirtschaftlich erst noch zu erschließenden - Potenzial der Brennstoffzelle hinsichtlich Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Emissionen sowie bei Innovationen in der Fahrzeugtechnik. Für den Fahrzeugbereich wird die Nutzung dieser Potenziale am ehesten von der PEMFC erwartet.

Beim Vergleich existierender und neuer Antriebskonzepte ist für eine aussagekräftige Analyse eine Einbeziehung des Kraftstoffversorgungssystems und der eingesetzten Energieträger wesentlich: Wasserstoff als direkter Kraftstoff für Brennstoffzellenantriebe stellt aus heutiger Sicht eher eine langfristige Perspektive dar. Darum dürften für den breiten Energiemarkt in den nächsten 20 bis 30 Jahren noch andere Energieträger - v.a. flüssige Alkohole (Methanol) beziehungsweise Kohlenwasserstoffe (Benzin) - den Vorrang haben. Jedoch muss in beiden Fällen der getankte Kraftstoff im Fahrzeug in Wasserstoff umgewandelt werden. Dabei sind mit Methanol einfachere und effektivere Ansätze bei den Antrieben realisierbar, es gibt aber derzeit keine Methanol-Infrastruktur. Dagegen bringt Benzin aufwendige Brennstoffzellensysteme mit sich, jedoch könnte auf eine eingeführte Kraftstoffproduktion und -verteilung - bei allerdings unzureichender Kraftstoffqualität für Brennstoffzellen - aufgebaut werden.

Die durchgeführte ökologische Bilanzierung verschiedener Antriebskonzepte und Kraftstoffe ergibt ein differenziertes Bild. Brennstoffzellen-Fahrzeuge können zur Emissionsreduktion beitragen, wenn sie in genügend großer Zahl eingeführt sind. Dies gilt allerdings nicht für alle Systeme, da bei Nutzung von aus fossilen Quellen gewonnenen Kraftstoffen - im Vergleich mit konventionellen Verbrennungsmotoren - energetischen und emissionsseitigen Vorteilen der Brennstoffzelle selbst energetische Verluste und Emissionen bei der Kraftstoffbereitstellung und -aufbereitung gegenüberstehen. Für die Emissionen gilt dies eingeschränkt auch für regenerativ erzeugte Endenergieträger, nicht jedoch für die Wasserstoffherstellung auf der Basis von emissionsfrei regenerativ erzeugtem Strom. Bei einer Beurteilung der Brennstoffzellen-Technologie ist für jede Option zu berücksichtigen, ob und in welchem Umfang eine Verlagerung von energetischen Verlusten und Emissionen aus dem Fahrzeugbetrieb in die Kraftstoffgewinnung und -herstellung erfolgt.

Auch neue verbrauchsoptimierte Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor erlauben einen Betrieb mit lokalen Emissionen, die beinahe Null sind. Insofern kann als These formuliert werden, dass verkehrsbedingte Umweltbelastungen mit einer Optimierung des Verbrennungsmotors in ausreichendem Maße und vor allem mit geringerem finanziellen Aufwand reduziert werden können, so dass sich die Entwicklung alternativer Antriebstechnologien, wie die des Brennstoffzellen-Fahrzeuges, nicht aufdrängt. Gegenüber einer solchen Perspektive wäre allerdings anzumerken, dass mittel- und längerfristig und bei einer umfassenderen Betrachtung eine weitergehende Reduktion der direkten Abgasemissionen bei Pkw notwendig sein könnte - vor allem dann, wenn infolge der allgemeinen Verkehrszunahme die Schadstoffemissionen wieder ansteigen werden, weil das Optimierungspotenzial beim Verbrennungsmotor zunehmend ausgeschöpft sein wird. Zudem könnten dann, wenn Nullemissionsfahrzeuge eine wettbewerbsfähige Option darstellen, diese vom Verbraucher verstärkt nachgefragt - oder ihr Einsatz seitens der Politik oder von Umweltverbänden gefordert - werden. Bereits die aktuellen technischen Entwicklungen und die sich abzeichnenden Verschärfungen bei den Emissionsstandards bei Fahrzeugen mit konventionellen Verbrennungsmotoren legen die intensive Prüfung einer Einführung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen nahe.

Da die wichtigen potenziellen Brennstoffzellen-Kraftstoffe Wasserstoff und Methanol aus verschiedenen Primärenergieträgern herstellbar sind, wird für entsprechende Antriebe eine regionale Differenzierung und Diversifizierung von Energieträgern für den Verkehr möglich. Zudem könnte die technische Basis für die Nutzung regenerativer Energien im Verkehr geschaffen und ein gleitender Übergang von der erdölbasierten in die regenerative Treibstoffversorgung ermöglicht werden. Auch aus diesem Grund ist die Brennstoffzelle im Fahrzeug eine Option für die nahe Zukunft, die weiter verfolgt werden sollte.

Mittel- und langfristig sollten Optionen für den Einsatz erneuerbarer Energieträger im Verkehr (und in anderen Bereichen) eröffnet werden. Dies ist nicht nur aus Emissions- und Klimaschutzgründen, sondern auch wegen der beschränkten Verfügbarkeit fossiler Energiequellen notwendig. Zum einen sind die Reichweiten fossiler Energieträger begrenzt, zum anderen ist die Übertragung des Konzepts einer auf Erdöl basierenden mobilen Gesellschaft auf den heute noch wenig motorisierten Teil der Welt nicht verantwortbar.

Insgesamt ist die Entwicklung von Brennstoffzellen für mobile Anwendungen geprägt durch die Diskussion über den "richtigen" Kraftstoff, den Nachweis der Funktionstüchtigkeit der Technik in der Anwendung - insbesondere im Langzeitbetrieb -, die aus heutiger Sicht erforderliche Kostensenkung und die Frage nach der Markteinführung. Für eine Marktakzeptanz müssen einige technische und ökonomische Barrieren überwunden und nutzer- sowie kapitalseitige Vorteile deutlicher als bislang sichtbar werden. Gegenwärtig liegen keine verlässlichen Angaben über zu erwartende Kosten (und Preise) von Fahrzeugen mit Brennstoffzellen-Antrieben vor. Eine grobe, Anschaffungs- und Unterhaltungskosten einschließende Abschätzung zeigt, dass der Mehrpreis für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug der Mittelklasse bei 30-50 DM/kW (absolut zwischen 1.500 und 2.500 DM) bei erwarteten Benzinpreisen um 2,25 DM/l liegen dürfte. Nach Angaben von Fahrzeugherstellern soll der Preis für ein Brennstoffzellenfahrzeug "dem eines vergleichbaren Modells mit Dieselmotor und Automatik" entsprechen. Dies entspräche etwa einem Aufpreis von 5.000 DM gegenüber einem vergleichbaren Benzin-Fahrzeug mit Schaltgetriebe.

Eine breite Einführung neuer Energieträger im Verkehrssektor würde - weitgehend unabhängig von der Antriebstechnik - seitens der Politik Koordination und Unterstützung im Bereich der Kraftstoffzulassung und bei der europaweiten Harmonisierung der Zulassungsvorschriften erfordern. Auch der Aufbau geeigneter Infrastrukturen scheint - solange sich Fahrzeug- und Mineralölindustrie nicht auf eine gemeinsame Strategie einigen - stärkeren Engagements von politischer Seite zu bedürfen. Beide Prozesse müssen einer Einführung solcher Energieträger und entsprechender neuer Antriebe zeitlich vorangehen (für Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit Methanol ist derzeit das Jahr 2004 geplant), damit sich ein weitgehend selbst tragender Markt ausbilden kann.

Stationäre Energieversorgung: Hausenergieversorgung, Kleinverbrauch

Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen werden derzeit für fast alle Einsatzfelder der stationären Energieversorgung diskutiert. Neu ist die mit Hilfe der Brennstoffzelle technisch attraktiv umsetzbare Perspektive des breiten Einsatzes der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung im Haushaltsbereich. Daneben ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit zur Einspeisung von überschüssigem Strom in das örtliche Stromnetz, wodurch die Bedeutung der öffentlichen Stromerzeugung weiter abnehmen würde.

Die Entwicklungsbemühungen für die Haus- und Siedlungsenergieversorgung zeigen, dass zurzeit vor allem die Membran-Brennstoffzelle (PEMFC), mit Abstrichen auch die phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC) und die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), in Betracht kommen. Im technischen Vergleich zu konventionellen Heizungsanlagen sind diese Brennstoffzellen-Systeme als gleichwertig anzusehen. Haupthandicap ist ihr (momentan noch) zu hoher Preis. Darüber hinaus steht generell eine technische und kostenseitige Optimierung der Brennstoffzellen-Systeme noch aus.

Als Brennstoffe für Brennstoffzellen-Systeme in der Gebäudeenergieversorgung sind neben Wasserstoff vor allem Erdgas, aber auch Heizöl, Benzin und Methanol in der Erprobung. Konventionelle Brennstoffe, wie Erdgas oder Heizöl, bieten den Vorteil einer vorhandenen Infrastruktur und sind den Nutzern vertraut. Da die Energiebilanz am Reformer günstiger ausfällt, je reiner und wasserstoffhaltiger der Einsatzstoff ist, sind Kohlenwasserstoff-Gemische (Heizöl, Benzin etc.) verfahrenstechnisch gesehen ungeeigneter, hätten jedoch eine strategische Bedeutung für eine Übergangszeit bis zur Etablierung einer Wasserstoffinfrastruktur.

Da die Brennstoffzelle selbst nur Wasserdampf an die Umgebung abgibt, führt eine direkte Wasserstoffversorgung vor Ort zu einer wenig komplexen Anlage ohne Schadstoffemissionen, womit ein Beitrag zur lokalen Emissionsminderung geleistet werden könnte. Emissionen werden jedoch bei der Bereitstellung von Wasserstoff auf fossilem Wege freigesetzt. Insofern ist unter Umweltgesichtspunkten eine regenerative Bereitstellung des Wasserstoffs adäquater. Bei fossilen Energieträgern fällt eine Versorgung mit Erdgas günstiger aus als mit Heizöl. Trotz des höheren Wirkungsgrades von Methanol im Vergleich zum Heizöl-Einsatz in Brennstoffzellen-BHKW werden die höheren Emissionen bei der Herstellung von Methanol nicht kompensiert. Somit bietet sich aus Gründen des Klimaschutzes der Einsatz von Methanol als Brennstoff nicht an, vielmehr wäre der Einsatz von Erdgas sinnvoller. Ein damit verbundener Mehrverbrauch an Erdgas - verstärkt durch Zuwächse in anderen Bereichen - ist allerdings aus versorgungsstrategischen Gründen nicht unproblematisch.

Obwohl Brennstoffzellen-Systeme für die Hausenergieversorgung von der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit noch entfernt sind, dürfte diese hier aber doch leichter als bei Fahrzeuganwendungen zu erreichen sein. Anlegbare Investitionen für ein Brennstoffzellen-BHKW im Leistungsbereich von 1-10 kW (el) liegen etwa bei 2.000 bis 4.000 DM/kW (el) für das Brennstoffzellen-System bestehend aus Brenngasaufbereitung, Zellstapel und Wechselrichter, was in etwa in der Größenordnung herstellerseitiger Angaben liegt. Für größere, z.B. siedlungszentral aufgestellte Anlagen sollten aufgrund von Skalierungseffekten tendenziell etwa 2.000 DM/kW (el) erreichbar sein. Zum Vergleich: Für Anwendungen in Pkw muss das Brennstoffzellensystem zu Kosten von unter 100 DM/kW darstellbar sein.

Im Hinblick auf eine breite Implementierung von Brennstoffzellen in Haushalten sowie im Kleinverbrauch wurden verschiedene Substitutionsvarianten und deren Effekte im Jahr 2010 analysiert. Aus einer angenommenen 10 %igen Substitution von konventionellen Heizungsanlagen durch Brennstoffzellen (PEMFC-Referenzsystem mit Spitzenlastkessel) in Haushalten resultiert eine veränderte Struktur der Nachfrage nach Energieträgern (Mehrverbrauch von bis zu 18 % beim Erdgas; Heizöl, Fernwärme und Strom nähmen entsprechend ab) und damit eine Reduktion der Emission klimarelevanter Gase (etwa beim CO2 um bis zu 2,3 %). Gesondert zu erwähnen sind die positiven Auswirkungen auf die lokale Emissionssituation, wo sich zeigt, dass das erdgasbetriebene Brennstoffzellen-BHKW die geringsten Emissionen aufweist.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht bei der Optimierung der Brennstoffzellen-Systeme in Bezug auf eine verbesserte Langzeitstabilität zur Erreichung der Lebensdauer von 40.000 Betriebsstunden bei deutlicher Senkung der Kosten. Hierbei könnten insbesondere bei der PEMFC Synergieeffekte zum mobilen Bereich genutzt werden. Des Weiteren hat sich die Anpassung der klassischen Brenngasaufbereitung an die Größenordnung der Gebäudeenergieversorgung als erheblich schwieriger erwiesen, als ursprünglich angenommen. Daher besteht Forschungsbedarf im Hinblick auf die Miniaturisierung heute üblicher Reformerverfahren für den Einsatz fossiler Brennstoffe (Erdgas, Heizöl etc.).

Stationäre Energieversorgung: Industrielle Energieversorgung, öffentliche Stromversorgung

Für Anwendungen in der industriellen Kraft-Wärme-Kopplung und der öffentlichen Stromversorgung eignen sich Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC, Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC)) am besten. Beide Systeme befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, ermöglichen jedoch ein breites Spektrum an Brennstoffen.

Brennstoffzellen-Systeme konkurrieren in diesem Anwendungsfeld im unteren Leistungsbereich mit Gasturbinen und Motor-BHKW und im oberen Leistungsbereich mit GuD-Kraftwerken. Konventionelle Anlagen weisen gegenüber Brennstoffzellen-Anlagen einen deutlichen Praxisvorsprung und vergleichsweise niedrige Kosten auf. Zudem weisen auch konventionelle Anlagen noch diverse Entwicklungspotenziale auf. Brennstoffzellen hingegen können neben der Abdeckung eines breiten Anforderungsspektrums mit einer Reihe von Vorteilen aufwarten. So kommen höhere Stromkennzahlen von Hochtemperatur-Brennstoffzellen im KWK-Betrieb dem Trend des steigenden Stromverbrauchs in der Industrie entgegen. Sie sind deshalb optimal bei industriellen Verbrauchern mit hoher Stromintensität einsetzbar.

Insgesamt sind Brennstoffzellen konventionellen Systemen in Bezug auf ihre Umweltwirkungen in fast allen Bereichen überlegen. Sie können insbesondere einen deutlichen Beitrag zur Minderung von Treibhausgasemissionen liefern. Diese Effekte sind beim Übergang von einem fossilen auf einen regenerativen Brennstoff besonders ausgeprägt, allerdings ist dabei der Wechsel des Brennstoffs von höherer Bedeutung als die Veränderung der Energieumwandlungstechnik. Zudem ist zu berücksichtigen, dass auch konventionelle Energieumwandlungstechniken unter Emissionsgesichtspunkten noch deutliche Reduktionspotenziale aufweisen. Auch wenn Brennstoffzellen lokal betrachtet den Vorzug von "Null-Emissionen" an Schadstoffen aufweisen, wirken sich vorgelagerte Brennstoffketten negativ auf die Gesamtbilanz aus. Hohe Emissionsanteile einiger Brennstoffketten bleiben den Brennstoffzellen als "ökologischer Rucksack" erhalten. Minderungspotenziale ergeben sich im Primärenergieverbrauch, bei den Treibhausgasen, der Versauerung sowie bei den Stickoxidemissionen.

Die Vorteile biogener Brennstoffe in Bezug auf Treibhauseffekt und Ressourcenverbrauch lassen sich unter Umweltgesichtspunkten effizient mit denen von Brennstoffzellen verknüpfen. Der ökologisch verträgliche Einsatz vergaster oder vergärter (Rest)Biomasse (fast neutrale CO2-Bilanz, kein Verbrauch erschöpflicher Ressourcen) kann in Brennstoffzellen ohne deutliche Verschlechterungen in anderen Umweltwirkungskategorien erfolgen. Für den Einsatz in der industriellen Kraft-Wärme-Kopplung liegen die "zulässigen" (anlegbaren) Investitionen eines Hybrid-Systems (Hochtemperatur-Brennstoffzelle kombiniert mit Gasturbine) etwa 15-20 % über denen eines vergleichbaren Gasturbinen-Systems, gegenüber einem GuD-System in der zentralen Stromerzeugung um bis zu 30 % höher. Unter den z.Z. geltenden Rahmenbedingungen und bei gleich bleibenden gesetzlichen Emissionsanforderungen für (konventionelle) Energieumwandlungsanlagen ist für potenzielle Betreiber eines Brennstoffzellen-Systems darum derzeit kein ökonomischer Vorteil erkennbar. Dies könnte sich bei einer Verschärfung von Emissionsstandards ändern.

Der Einsatz von Hochtemperatur-Brennstoffzellen in der stationären Energieversorgung wird wahrscheinlich kurz- bis mittelfristig zuerst in dezentralen Anlagen mit kleiner Leistung erfolgen. Allerdings dürfte der "klassische" dezentrale KWK-Markt aufgrund der Liberalisierung schrumpfen. Andererseits wird seitens der EU ein Ausbau des Anteils von KWK-Anlagen angestrebt, was zu einem Aufbau entsprechender Märkte in Europa führen könnte. Hierzu eignen sich neben der Brennstoffzelle u.a. auch Motoren oder Gasturbinen. Damit hängt die Marktintegration der Brennstoffzelle davon ab, ob sie den neuen Anforderungen flexibel und zu konkurrenzfähigen Preisen genügen kann. Durch energie- und umweltpolitische Maßnahmen ließe sich dieser Prozess ggf. unterstützen.

Mit einem Einsatz von Hochtemperatur-Brennstoffzellen in Kraftwerken ist eher langfristig zu rechnen. Brennstoffzellen für größere Anlagen befinden sich noch weitgehend im Entwicklungsstadium. Bevor größere Pilotanlagen gebaut werden können, besteht noch ein enormer Entwicklungsbedarf, u.a. im materialtechnischen Bereich. Insbesondere sind Materialien notwendig, welche hohen Temperaturen korrosionsfrei standhalten, gut verarbeitbar sind und kostengünstig zur Verfügung stehen. Darüber hinaus wird die Absenkung der Betriebstemperatur von Hochtemperatur-Brennstoffzellen angestrebt. Hier sind noch erhebliche Anstrengungen notwendig. Daneben steht auch hier eine Optimierung der Gesamtsysteme in Bezug auf Langzeitstabilität an. Eine Markteinführung wird erst nach erfolgreicher Demonstration ihrer technischen Reife erfolgen können. Augenblicklich sind noch Vorleistungen zu erbringen, die die momentane Differenz zwischen Marktpreis und den noch hohen Fertigungskosten abdecken.

Die Kopplung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Gasturbinen eröffnet ein attraktives Marktsegment, da hiermit eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und damit eine Verringerung der Emissionen einhergehen. Dies trifft auch auf eine Integration in Kohlegas-GuD-Kraftwerke zu, deren Markteinführung mittelfristig zu erwarten ist. Mit Hilfe der Kohlevergasung könnte eine effizientere Nutzung heimischer Rohstoffe erfolgen, was u.U. Exportchancen (China, Indien) eröffnet.

Tragbare Kleingeräte

Der Energieverbrauch neuer Kleingeräte (z.B. Computer, Cellular Phones) nimmt schneller zu als die Energiedichte neuer Batterien - mit der Folge kürzerer Betriebszeiten. Der wachsende Energiebedarf dieser Anwendungen könnte auch durch Mini-Brennstoffzellen-Systeme (z.B. mit Metallhydridspeicher) gedeckt werden. In diesem weiter stark expandierenden Markt haben Brennstoffzellen gute Chancen, erhebliche Marktanteile zu gewinnen. Für tragbare elektrische Kleingeräte sind besonders Niedertemperatur-Brennstoffzellen geeignet. Voraussichtlich werden Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) am ehesten die Marktreife erreichen. Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) haben ebenfalls gute Chancen, befinden sich jedoch zurzeit noch im Laborstadium.

Die Vorteile von Brennstoffzellen gegenüber Batterien und Akkumulatoren liegen in deutlich erhöhten netzunabhängigen Betriebszeiten bei effektiver Nutzung eines begrenzten Platzangebotes, einer deutlich höheren Lebensdauer, günstigem Gewicht, flexibler Lastdynamik und relativ niedrigen Betriebstemperaturen. Aufgrund der räumlichen Trennung von Zelle und Brennstoffspeicher kann keine Selbstentladung auftreten. Als Brennstoff für tragbare elektrische Kleingeräte, die mit einer PEMFC ausgestattet sind, ist der Einsatz von reinem Wasserstoff aufgrund der Handlichkeit solcher Systeme vorzuziehen. Die einsetzbaren Metallhydridspeicher sind bis zu eintausendmal wiederbeladbar. Ein wesentlicher Nachteil für PEMFC liegt - neben fehlenden technischen Normen - im Fehlen einer "flächendeckenden" Wasserstoffbereitstellung. Alternativ könnten darum auch haushaltstypische, kohlenstoffstämmige Brennstoffe in Betracht kommen. Für deren Nutzung wären jedoch Mini-Reformer notwendig, an denen bereits gearbeitet wird. Der Direkteinsatz von Methanol in DMFC-Systemen ist energetisch gesehen günstiger als eine erneute Reformierung zu Wasserstoff.

Eine grobe Vergleichsrechnung (Anschaffungs- und Energiekosten) zeigt, dass gegenüber einer Batterie das Brennstoffzellen-System höhere Anschaffungskosten durch seine lange Lebensdauer relativiert. Eine Kostenabschätzung für die einzelnen Komponenten eines Mini-Brennstoffzellen-Systems ergab, dass das Kostenniveau von Li-Ion-Akkumulatoren erreichbar erscheint.

Der Emissionsbeitrag von Mini-Brennstoffzellen wird nicht wesentlich durch den Brennstoffpfad bestimmt, sondern - eher positiv - durch die lange Lebensdauer des Brennstoffzellen-Systems. Deshalb und wegen der teilweisen Recyclingfähigkeit könnten Brennstoffzellen bei einer Substitution von signifikanten Mengen an Akkumulatoren einen wichtigen Beitrag zur Müllvermeidung leisten.

Ausblick

Übergreifend lässt sich festhalten, dass nach heutigem Stand Energieumwandlungssysteme mit Brennstoffzellen zukünftig konkurrenzfähig werden können, wenngleich das Erreichen entsprechender Kostenziele ein überaus ehrgeiziges Entwicklungsziel ist. Die Entwicklung von Brennstoffzellen-Systemen lässt Innovationssprünge erwarten - sowohl für die Brennstoffzellen selbst im Bereich der Materialtechnik und der Herstellungsverfahren als auch für die unterschiedlichen Peripherie-Einheiten. Die Weiterentwicklung der Wasserstoffspeicherung (z.B. Nanospeicher) wird allgemein als dringlich angesehen, da sich die Wasserstoffspeicherung für alle Anwendungen (Fahrzeuge, dezentrale Energieversorgung, tragbare Kleingeräte) zunehmend als Schlüsselfaktor herauskristallisiert.

Entscheidend für die weitere Diffusion der Brennstoffzellen-Technologie werden die energie-, umwelt- und verkehrswirtschaftlichen Rahmenbedingungen sein, da viele Potenziale der Brennstoffzelle erst im Rahmen einer Neuausrichtung des Verkehrssystems sowie der Energiewirtschaft - hin zu einer auf regenerativen Energieträgern basierten Energieversorgung - in vollem Umfang wirksam werden können.

Zum Seitenanfang