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Von DMFC bis PAFC

Das giftige Leichtgewicht und die Vorreiterin

Direkt-Methanol Brennstoffzelle (DMFC)

Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ist die einzige Zelle, die nicht Wasserstoff sondern Methanol als Brennstoff einsetzt. Damit kann sie auf einen Reformer verzichten und ist so auch für kleinere mobile Anwendungen gut geeignet.

Funktionsweise

DMFC © DOE

Im Prinzip ist die DMFC eine Weiterentwicklung der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC). Wie diese nutzt sie eine Polymermembran als Elektrolyt und Edelmetalle wie Platin oder Ruthen als Katalysatoren. Im Gegensatz zur PEMFC kann sie jedoch an der Anode direkt flüssiges Methanol oder Methanoldampf in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegen und braucht daher keinen Reformer. Der Wasserstoff wird wie in den anderen Zellen auch dann in Protonen und Elektronen zerlegt. Die Elektronen fließen als Strom, die Protonen passieren die Elektrolytmembran und reagieren mit den an der Kathode entstandenen Sauerstoffionen zu Wasser. Die ganze Reaktion findet bei Temperaturen unter 100°C statt und läuft insgesamt etwas langsamer ab als bei der PEMFC.

Anwendungen

Die Methanolzelle ist im Vergleich zu anderen Brennstoffzellen durch das Fehlen des Reformers relativ leicht und kompakt. Vor allem für den Antrieb von Fahrzeugen gilt sie daher durchaus als vielversprechende Lösung – auch unter dem Aspekt, dass Methanol leichter zu transportieren und zu speichern ist als Wasserstoff. Zudem muss für DMFCs das Antriebssystem eines Autos weniger stark umgebaut werden, als für andere Brennstoffzelltypen. Einige Autohersteller sehen daher in Methanolautos eine gute Übergangslösung.

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Allerdings sind die DMFCs bislang noch erheblich leistungsschwächer als vergleichbare andere Zellen. Und auch umweltfreundlich ist diese Technologie nicht gerade: Methanol ist giftig, aber gut wasserlöslich. Dadurch kann es bei Lecks oder Unfällen sowohl das Grundwasser verseuchen, als auch, bei direktem Hautkontakt, gesundheitliche Schäden nach sich ziehen.

Phosphorsaure Brennstoffzelle („Phosphoric Acid Fuel Cell“ – PAFC)

Die Phosphorsaure Brennstoffzelle ist der zur Zeit am weitesten entwickelte Brennstoffzellentyp. Sie war die erste kommerziell verfügbare Brennstoffzelle und wird vor allem für Stromerzeugung durch Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt.

Funktionsweise

Als Elektrolyt dient der PAFC hoch konzentrierte Phosphorsäure, die in einem porösen Kunststoffvlies als Trägermatrix eingebettet ist. Durch diesen sauren Elektrolyten kann die Brennstoffzelle auch Kohlenwasserstoffe als Brenngase nutzen, da die Phosphorsäure nicht mit CO2 reagiert. Auch gegenüber Kohlenmonoxid ist die PAFC relativ unempfindlich. In den bestehenden Systemen werden meist Wasserstoff aus reformiertem Erdgas und Luftsauerstoff als Brennstoffe genutzt.

Als Katalysatoren müssen auch hier wegen des ätzenden Elektrolyten Edelmetalle wie Platin, Platinlegierungen oder Gold eingesetzt werden. Die „Protagonisten“ in diesem Brennstoffzellentyp sind neben den Protonen die an der Kathode durch die Elektronen des Wasserstoffs entstehenden Sauerstoffionen. Sie verbinden sich mit den Protonen zu Wasser. Die PAFC arbeitet normalerweise bei einer Temperatur von 200°C und gehört damit zu den Mitteltemperatur-Brennstoffzellen. Sie reagiert empfindlich gegen Abkühlung: Sinken die Temperaturen unter 42°C ab, kristallisiert die Phosphorsäure aus und die Zelle ist irreversibel zerstört.

Anwendungen

Die PAFC gilt als ideal für den Einsatz in Blockheizkraftwerken, sie wird heute ausschließlich für die Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt. Für mobile Anwendungen ist sie wegen ihrer langen Aufwärmzeit und vergleichsweise hohen Betriebstemperatur nicht geeignet. Einige wenige Ausnahmen bilden versuchsweise mit PAFC betriebene Busse.

Die inzwischen kommerziell vertriebenen Brennstoffzellen des amerikanischen Herstellers ONSI erreichen Wirkungsgrade von 50 Prozent und Systemwirkungsgrade – hier ist der Verlust durch Reformer und andere Peripheriegeräte mit eingerechnet – von rund 40 Prozent. Inzwischen wurden weltweit bereits mehrere hundert PAFC-Anlagen installiert.

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Stand: 27.07.2002

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

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