Mit einem Wirkungsgrad von mehr als 60 Prozent gehört eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich (FZJ) entwickelt haben, zu den Spitzenreitern in der Welt. Die Anlage weist noch eine Besonderheit auf. Es handelt sich um eine reversible Zelle, die mal Strom aus Wasserstoff erzeugt, mal Wasserstoff aus überschüssigem Wind- oder Solarstrom. Damit bietet die Zelle die Möglichkeit, Energie für Zeiten zwischenzuspeichern, in denen Strommangel herrscht.


Prof. Ludger Blum neben reversibler Hochtemperatur-Brennstoffzelle am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3)
Bild: Forschungszentrum Jülich / R.-U. Limbach

Reversible Zellen speichern elektrische Energie

Dieser Zelltyp könnte eine wichtige Rolle bei der Energiewende spielen, vermuten die Entwickler, dann jedenfalls, wenn die Kosten für die Zelle nicht zu hoch sind. Speichersind nötig, um Schwankungen erneuerbarer Energien auszugleichen. Das gelingt mit Batterien, die aber sehr hohe Investitionen erfordern. Pumpspeicherkraftwerke erfüllen diese Aufgabe schon seit Jahrzehnten, doch in Deutschland gibt es praktisch keine neuen Standorte mehr. Möglich ist auch die Herstellung von Methan (synthetisches Erdgas) und flüssigen Treibstoffen aus Strom und Kohlendioxid.

Neues Design sorgt für mehr Effektivität

Der hohe Wirkungsgrad beruht auf einem neuen Design. Jede Zelle hat eine Leistung von fünf Kilowatt. Das würde beinahe schon für einen Zwei-Personen-Haushalt reichen. Bisher lag die Höchstleistung bei etwa einem Kilowatt. Um mehr zu erreichen mussten mehrere Systeme hintereinandergeschaltet werden. Das bedeutet Verluste. Mit der Neukonstruktion gelingt es, 97 Prozent des Wasserstoffs in Strom umzuwandeln.


Wenn die Zelle als Elektrolyseur arbeitet, Wasser also in Wasser- und Sauerstoff zerlegt, hat die Einheit mit 14,9 Kilowatt eine fast dreimal so hohe Leistung wie im Brennstoffzellenmodus. Pro Stunde produziert sie dann 4,75 Normkubikmeter Wasserstoff. Der Wirkungsgrad beträgt bei dieser Fahrweise sogar 70 Prozent.

Brennstoffzelle ersetzt auch die Heizung

Im Elektrolysemodus gebe es noch Verbesserungsmöglichkeiten, sagt Professor Ludger Blum vom FZJ-Institut für Energie- und Klimaforschung. Elektrolyseure, die speziell für die Wasserstoffproduktion konstruiert sind, als nicht in den Brennstoffzellenmodus umgeschaltet werden können, erreichen Wirkungsgrade von mehr als 80 Prozent.

Reversible Brennstoffzellen lassen sich auch in Häusern einsetzen, die mit Fotovoltaikanlagen ausgestattet sind. Sie produzieren neben Strom auch Wärme, die sich zum Heizen und im Sommer per Absorptionskältemaschine zum Kühlen nutzen lässt. Denkbar ist sogar die Einspeisung von überschüssigem Wasserstoff ins Erdgasnetz.

via Forschungszentrum Jülich

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1 Kommentar

  1. Piet

    25. Dezember 2018 at 15:21

    „Mit der Neukonstruktion gelingt es, 97 Prozent des Wasserstoffs in Strom umzuwandeln.“

    Es ist nicht möglich Wasserstoff in Strom umzuwandeln. In einer Brennstoffzelle wird die Reaktionsenergie aus Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie umgewandelt. Evtl. werden hiervon 97% umgewandelt?

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