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Wie der Name schon sagt, ist zunächst ein Brennstoff notwendig: Wasserstoff und zusätzlich Sauerstoff. Ein explosives Duo. Wer denkt dabei nicht sofort an das Knallgasexperiment aus dem Chemieunterricht, ein prägendes Erlebnis, bei dem ein Wasserstoff-Sauerstoffgemisch plus Zündfunke eine exotherme Reaktion auslöste – und dies schlagartig.

Doch hier läuft das ganze ohne Knall ab. Brennstoffzellen sind hocheffiziente Energiewandler, die in einem elektrochemischen Prozess, einer sogenannten kalten Verbrennung, Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser in Form von Wasserdampf umsetzen. Dabei wird elektrische und thermische Energie in Form von Gleichstrom und Wärme gewonnen. Die elektrische Spannung beträgt etwa 1,23 Volt. Um höhere Betriebsspannungen zu erzielen, werden daher viele Brennstoffzellen zu einem Stapel (Stack) zusammengeschaltet.

Angefangen hat alles bereits vor 170 Jahren
Der walisische Richter Sir William R. Grove entwickelte im Jahr 1839 eine „galvanische Gasbatterie“, die durch die kontrollierte Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff Elektrizität freisetzte. Die Sache geriet allerdings schnell wieder in Vergessenheit.

Erst seit den 1960er Jahren wird wieder an der Brennstoffzellentechnologie geforscht und diese für U-Boot-Antriebe sowie in der bemannten Raumfahrt eingesetzt. Mit sogenannten Alkali-Brennstoffzellen flogen beispielsweise die Apollo-Raumkapseln und auch im Space Shuttle werden Brennstoffzellen zur Strom- und Wassererzeugung verwendet.

Die Brennstoffzelle – umweltfreundliches Kraftpaket der Zukunft?
Moderne Brennstoffzellen haben einen sehr viel höheren Wirkungsgrad als übliche Kraftwärme-Maschinen, wie beispielsweise Dampfturbinen, und sparen im Vergleich zu Verbrennungsmotoren etwa 25 Prozent Energie ein. Ruß oder Stickoxide sowie andere Schadstoffe entstehen erst gar nicht.

Doch völlig abgasfrei ist die Brennstoffzellentechnologie nicht, da Wasserstoff wiederum meist aus konventionellen Energieträgern wie Erdgas hergestellt wird – und dabei entsteht Kohlendioxid. Nachhaltig für den Klimaschutz wird die Brennstoffzellentechnologie daher erst durch die Verwendung von Biogas, Klärgas oder Methanol aus regenerativ erzeugter Biomasse.

Dennoch ist die Chance auf eine saubere und effiziente Energieversorgung greifbar. Brennstoffzellen, die als mobile Stromgeneratoren Wohnmobilen, Ferienhäusern und Booten eine Grundversorgung bieten, gibt es bereits im Handel. An Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerken, die den Strom- und Wärmebedarf von Wohnhäusern decken können, wird mit Hochdruck gearbeitet. Dies alles spricht dafür, dass die Brennstoffzelle zu den Schlüsseltechnologien im 21. Jahrhundert gehören wird.