Was ist eine Brennstoffzelle?

Brennstoffzellen sind seit wenigen Jahren in aller Munde. Allerdings ist es keine neue wissenschaftliche Erfindung. Denn das Prinzip der Brennstoffzelle ist beinahe 200 Jahre alt. Im Jahr 1838 entdeckte der Chemiker und Physiker Christian Friedrich Schönbein diese chemische Reaktion als er zwei Platindrähte in einer Elektrolytlösung mit Wasserstoff bzw. Sauerstoff umspülte. Dabei bemerkte er eine elektrische Spannung und erkannte, dass sich die Elektrolyse auch umkehren ließ. Was die Brennstoffzelle mit Flüssiggas von SCHARR zu tun hat? Das erfahren Sie in diesem Beitrag.

Bei der Brennstoffzelle handelt es sich um eine sogenannte galvanische Kette: Der Brennstoff, z.B. Wasserstoff, reagiert mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff. Die dabei entstehende Reaktionsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt. Dabei wird nicht nur Strom sondern auch Wärmeenergie freigesetzt. Die Brennstoffzelle speichert die Energie nicht, sondern wandelt diese um.

Funktionsweise der Brennstoffzelle

Brennstoffzellen wandeln Flüssiggas oder andere gasförmige Kohlenwasserstoffe in Wasserstoff um und nutzen ihn zur gleichzeitigen Gewinnung von thermischer und elektrischer Energie. Kohlenwasserstoffe, wie es z.B. Flüssiggas ist, sind wasserstoffreiche Verbindungen. Der enthaltene Wasserstoff wird durch einen sogenannten Reformer gewonnen und reagiert mit zugeführtem Sauerstoff aus der Luft in einer umgekehrten Elektrolyse zu Wasser. Dabei kommt es zu einer chemischen Reaktion, in der Wärme und Strom entstehen. Dieser chemische Prozess wird auch kalte Verbrennung genannt.

Der entstandene Gleichstrom wird in einen Inverter (Wechselrichter) geleitet und in Wechselstrom umgewandelt. Erst dann kann die Energie vom Konsumenten genutzt werden. Die daraus entstandene Wärme wird dann über einen Wärmetauscher an einen Pufferspeicher abgegeben und zur Erwärmung des Trinkwassers oder der Heizungsanlage genutzt.

Aufbau einer Brennstoffzelle und chemische Reaktion

Ähnlich wie eine Batterie, besteht eine Brennstoffzelle aus vielen einzelnen Zellen, die zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst sind. Jede einzelne Zelle enthält eine Anode (Minuspol), eine Kathode (Pluspol). Getrennt sind die beiden Elektroden durch eine Elektrolytschicht. Diese sorgt für eine getrennte Leitung der Ionen (positive Ladung) und Elektronen (negative Ladung). Jede dieser Elektroden ist mit einem Katalysator beschichtet, z.B. Nickel oder Platin. Dabei wird der Brennstoff der Anode zugeführt, oxidiert an dieser und wird in Elektronen und Protonen gespalten. Zwischen Kathode und Anode kann sich nun eine Spannung aufbauen.

Die Protonen breiten sich durch die Elektrolytschicht zur Kathode aus, wodurch ein Elektronenmangel entsteht. Die freien Elektronen, die nicht durch die Elektrolytschicht gelangen, fließen in Form von Strom zur Kathode und liefern so Antriebsenergie. Anders als bei einer Batterie, erzeugen Brennstoffzellen kontinuierlich Strom, solange Brennstoff zugeführt wird.
An der Kathode verbindet sich der Sauerstoff aus der Luft mit Elektronen. Die Elektronen schließen sich dann mit den Protonen zu Wasserstoff zusammen. In Kombination mit Sauerstoff ergibt sich Wasser. Die daraus resultierende Reaktionswärme kann zusätzlich zum Heizen genutzt werden.

Vorteile einer Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle vereint viele Vorteile und wird sogar als Energiesystem der Zukunft gesehen. Eine Brennstoffzellen-Heizung eignet sich insbesondere für Konsumenten, die sich innovativ, unabhängig und umweltschonend mit Energie versorgen wollen.

• Strom und Wärme werden gleichzeitig erzeugt.

• Die kalte Verbrennung ist besonders effizient und sorgt für einen hohen Wirkungsgrad.

• Die Energieerzeugung wird besonders emissionsarm erzeugt. Der Betrieb des Brennstoffzellensystems ist umweltschonend und reduziert den Ausstoß von Treibhausgasemissionen (CO2, Schadstoffen SO2 und NOx und CO) sowie Feinstaub- und Lärmemissionen.

• Die Technik ist besonders verschleiß- und wartungsarm, da kaum bewegliche Teile verbaut sind.

• Installation, Betrieb und Wartung sind nicht komplizierter als bei einem Gas-Brennwertkessel.

• Der Konsument ist unabhängig durch die eigenständige Strom- und Wärmeerzeugung.

Brennstoffzelle mit SCHARR-Flüssiggas

Flüssiggas ist ein flexibel einsetzbarer Energieträger. Anders als bei Erdgas, ist Flüssiggas vollkommen netzunabhängig. Die Energie eignet sich genau deswegen für ländlichere Regionen bzw. für Gebiete ohne Erdgasversorgung, sowohl für Privatkunden als auch Gewerbetreibende. Flüssiggas ist umweltschonend und verursacht 15 % weniger CO2 als Heizöl. Außerdem entsteht bei der Verbrennung kaum Ruß oder Feinstaub.

In Kooperation mit Sunfire, einziger Hersteller in Deutschland von Brennstoffzellen, die mit Flüssiggas betrieben werden, bietet SCHARR Interessenten eine autarke und umweltschonende Strom- und Wärmeerzeugung – und das bundesweit in Deutschland!

Gehen Sie mit SCHARR-Flüssiggas in eine klimafreundliche Zukunft.

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Lutz Dolezig

Vertriebsingenieur Flüssiggasversorgung

FRIEDRICH SCHARR KG

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