Brennstoffzellen machen Akkus Konkurrenz: Ein Kraftwerk fürs Handy

Brennstoffzellen machen Akkus Konkurrenz
Ein Kraftwerk fürs Handy

Im Ausland unterwegs, wichtige Daten zu übermitteln, aber keine Steckdose in Sicht? "Mit Brennstoffzelle wär das nicht passiert", sagt Ulf Groos vom Fraunhofer für Solare Energiesysteme-Institut ISE in Freiburg.

HB/dpa HAMBURG. "Brennstoffzellen liefern netzunabhängig Energie - effizient und umweltfreundlich." Das bereits 1839 vom Physiker William Grove entdeckte Prinzip könnte kurz vor der breiten Anwendung stehen. Groos: "Außen ans Gerät angedockte Brennstoffzellen sollen im nächsten Jahr auf den Markt kommen."

Chancen sehen Experten vor allem bei mobilen Geräten, die bislang mit Batterien oder Akkus betrieben werden. "Größere und bunte Displays, mehr Funktionen - diese Geräte fressen immer mehr Strom", erklärt Groos, der auch Sprecher der Fraunhofer-Initiative Mikrobrennstoffzelle ist. Weil die Verbesserung der Batterien und Akkus kaum mehr mit den steigenden Ansprüchen Schritt halte, verkürze sich derzeit die Betriebsdauer mobiler Geräte. "Die Leistung der Batterien steigt jährlich etwa um zehn Prozent - das wird in den nächsten Jahren aber immer weniger werden", erklärt Nico Dapper vom Batteriehersteller Varta.

"Die Brennstoffzelle hat noch gewaltiges Potenzial", sagt Groos. Als weltweit erstes Gerät mit einem integrierten Mini-Kraftwerk stellten die Freiburger Forscher vor zwei Jahren eine Videokamera vor. Das System lieferte zehn Watt Leistung bei einer Spannung von acht Volt - allerdings in diesem Prototypen nur für wenige Stunden. Die Elektronikhersteller Toshiba und Hitachi kündigten kürzlich Brennstoffzellen an, deren Leistung und Kapazität die wiederaufladbarer Lithiumionen-Batterien um das Fünffache übertreffen sollen.

"Die besten Chancen, bald in Serie zu gehen, haben Geräte, bei denen Miniaturisierung keine allzu große Rolle spielt", schätzt Groos. "Beispielsweise externe Zellen für den Camping-Fernseher, für die Baustellen-Beleuchtung oder für Wetterstationen." Denkbar seien auch an Laptops angedockte Brennstoffzellen. "Der Brennstoffzelle im Handy dagegen würde ich noch drei bis fünf Jahre Zeit geben."

Auf die Größe einer Streichholzschachtel haben die Forscher die kleinen Kraftwerke bereits geschrumpft. "Energievorrat und Leistung der Systeme sind bei gleicher Größe fast so gut wie die eines vergleichbaren Akkus", erklärt Groos. "Im Zuge der kommenden Markteinführung wird jetzt vor allem an einer Verbesserung der Zuverlässigkeit gearbeitet."

Grundbausteine eines Brennstoffzellen-Systems sind die eigentliche Brennstoffzelle und der "Brennstoff-Tank". In der Zelle reagiert der Brennstoff mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Dabei entsteht neben elektrischem Strom Wasser und Wärme. Ist der Tank leer, wird er gegen einen neuen ausgetauscht. Die Zweiteilung von "Motor" und "Tank" stellt den Fachleuten zufolge ein weiteres Plus der Brennstoffzellen dar. "Bei der Batterie wird mit der Leistung automatisch auch der Speicher größer", erklärt Groos. Bei der Brennstoffzelle dagegen könne man beides getrennt verändern. "Man hat eine Wahl wie beim Auto: Möchte ich besonders weit fahren, also einen großen Tank haben, oder einen besonders leistungsstarken Motor - oder beides?"

Als Treibstoff der Zellen wird derzeit meist der Alkohol Methanol verwendet - oder das Gas Wasserstoff. Dass dieses ein explosiver Stoff ist, hält Groos nicht für problematisch. "Wenn Sie viel Energie auf sehr kleinen Raum packen, dann sollten Sie immer Sicherheitsvorkehrungen treffen - das gilt auch für Lithium- Batterien", betont er. Technisch erlaubt Methanol den Einsatz kleinerer Tanks, dafür sind die Wasserstoff-Brennstoffzellen kleiner. "Man kann aber nicht sagen, ob Methanol oder Wasserstoff die bessere Wahl ist - es gibt Vor- und Nachteile, wie bei Benzin und Diesels."

"Das Kernproblem bei der Verwendung von Wasserstoff ist, möglichst viel des Gases chemisch auf kleinem Raum zu binden", erklärt Ulrich Müller vom Chemiekonzern BASF. Mit seinem Team hat er hoch poröse "Nanowürfel" (1 Nanometer = 1 Milliardstel Meter) entwickelt, in deren winzigen Hohlräumen sich das Gas einlagert. "Zweieinhalb Gramm dieser Würfel haben eine innere Oberfläche, die der Fläche eines Fußballfeldes entspricht - das ist Weltrekord."

Einen Spitzenplatz in punkto Energiesparen nimmt die Technologie noch nicht ein. "Die Herstellung von Wasserstoff basiert noch zu 90 % auf fossilen Rohstoffen wie Erdgas", erklärt Müller. Zudem ist der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle Groos zufolge mit rund 50 % zwar deutlich höher der eines Automotors (etwa 20 bis 25 %). Rechne man jedoch den Energiebedarf für Pumpen, Ventile und Kühlsysteme mit ein, sinke er auf 30 bis 40 %.

Ein Umweltvorteil ist laut Groos, dass Wasserstoff in Großanlagen hergestellt werden kann und dann die dezentrale Nutzung des Wasserstoffs keine Schadstoffemissionen mehr aufweist. Groos zweifelt deshalb nicht am Nutzen der Minikraftwerke: "Das ist doch erst der Anfang.

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