Die Bedeutung und die Grenzen der Brennstoffzellentechnik
Von Elmar Getto
Alle haben wir schon gehört von der Brennstoffzelle, doch wir wissen selten, wie sie funktioniert und welche Bedeutung diese Technologie für die Zukunft der Energienutzung hat - und welche nicht. Überhaupt gibt es wenig in den Mainstream-Medien über die Zukunft der Energiegewinnung und des Verkehrs - und wenn, dann ohne die Einbeziehung aller Alternativen. Wie soll die Menschheit in der Zukunft ihren Energiebedarf decken?
In der Zukunft der Menschheit kann ausgeschlossen werden, daß weiterhin Strom aus Verbrennung gewonnen wird, sei es von Kohle, Erdgas, Schweröl oder Müll (ganz zu schweigen von Braunkohle - nur die Deutschen - und wenige andere - nutzen einen so schmutzigen Energieträger). Diese Verbrennung von fossilen Rohstoffen oder Müll bläst viel zu viel Kohlendioxid in die Luft und fördert so den Treibhauseffekt und die globale Erwärmung und damit den Weg zur Klimakatastrophe.
Aus dem gleichen Grund muß man für die Zukunft ebenfalls ausschließen, daß der Transport, sei es von Menschen oder Gütern, durch Fahr- oder Flugzeuge durchgeführt wird, die auf der Verbrennung von Benzin, Kerosin oder Diesel in Explosionsmotoren oder Turbinen beruhen.
Diese beiden Energienutzungen nicht weiter zu verfolgen, gebieten auch die anderen Nachteile: Zunächst natürlich der Preisnachteil, der jetzt mit den letzten Preiserhöhungen von Benzin, Diesel und Kerosin offensichtlich geworden ist. Außerdem sind die fossilen Rohstoffe wertvoll für eine Reihe von Anwendungen , z.B. die Herstellung von Kunststoffen (für Ossies: Plaste und Elaste) - und sie sind endlich, sollten also für solche Anwendungen reserviert werden.
Aus Abfall können mit Verfahren wie Kryo-Recycling ebenfalls neue Wertsubstanzen gewonnen werden, warum sollte man ihn also verbrennen? Bei all diesen Verbrennungsvorgängen wird ja außerdem nicht nur CO2, sondern es werden auch jede Menge von Schadstoffen in die Luft geblasen, die wir anschließend einatmen. Warum sollten wir dies weiterhin tun, wenn Alternativen zur Verfügung stehen?
Die absolut absurdeste Energiegewinnung von allen allerdings war und ist die Nutzung der Energie der Kernspaltung. Berechnet man die Kosten, die insgesamt einschließlich der Sorge um die Abfälle (für Zehntausende von Jahren, alternativ: jedes einzelne Gramm mit Raketen in den Weltraum schießen) entstehen, so ist dies die bei weitem ineffizienteste und teuerste Energiegewinnung, die je betrieben wurde. Jede hier gewonnene Kilowattstunde kostet die Menschheit das Zehnfache von anderen Methoden.
Zusätzlich ist dies auch noch die gefährlichste aller Energiegewinnungen, wie der Zwischenfall von Tschernobyl (und wahrscheinlich auch der von Geesthach) gezeigt haben.
Dazu kommt der unmittelbare Zusammenhang dieser Energieerzeugung mit der Atombombe. Auch wenn die Propaganda immer wieder versucht, diesen Zusammenhang herunterzuspielen, so sprechen die Beispiele von Indien, Pakistan und Israel doch eine andere Sprache.
Auch in Brasilien wurde zur Zeit der Militärdiktatur auf der Basis der von der deutschen MTU-Siemens zur Verfügung gestellten Technologie der Atomkraftwerke vom Biblis-Typ die Atombombe entwickelt. Der erste von der Bevölkerung gewählte Präsident nach der brasilianischen Militärdiktatur, Collor, hatte Anfang der neunziger Jahre ein siebenhundert Meter tiefes Bohrloch im Norden Brasiliens zuzuschütten, das bereits für den ersten unterirdischen Atombombenversuch gebohrt worden war.
Da die Sonne uns den ganzen Tag mit ihrem hellen Licht versorgt und irgendein Ende (innerhalb der nächsten paar Jahrmilliarden) oder irgendein Nachteil der Nutzung der Sonnenenergie nicht zu erkennen ist, wird auch klar, was die Hauptquelle der Energie in der Zukunft der Menschheit sein wird.
Zwar kann man auch weiterhin Wasserkraft verwenden, Windkraft oder auch die der Wellen und Gezeiten sowie die Erdwärme - ebenso wird die Verbrennung von aus Pflanzen gewonnenen Stoffen für eine Übergangszeit eine wichtige und interessante Alternative sein -, aber die überwiegende Energiequelle in der Zukunft wird die Sonnenenergie sein. Sie läßt sich bereits heute mit gutem Nutzungsgrad in Strom umwandeln. Es gibt auch die Umwandlung von Sonnenenergie direkt in Wasserstoff (oder auch indirekt in Wasserstoff), alles bereits ausgereifte, wenn auch noch nicht massenhaft produzierte Techniken.
Für die Nutzung des Sonnenlichts braucht man weder die Landschaft mit häßlichen Türmen vollzustellen noch wertvolle ökologische Gebiete unter Wasser setzen. Man braucht auch nicht flache Meeresgebiete für riesige Energieanlagen in Baustellen zu verwandeln, die dort alles Lebende vertreiben und auch nicht große Teile der Landschaft für den Anbau von Pflanzen für Energiezwecke verbrauchen.
Es sind genügend fast ständig mit voller Sonneneinstrahlung gesegnete und praktisch menschenleere Gebiete auf der Erde vorhanden, in den Wüsten und einigen Steppen, um die Energiegewinnung für die ganze Menschheit dort ohne Schaden für Menschen oder Ökosysteme unterbringen zu können.
Wie man dann die Energie an die Stellen bringt, wo sie gebraucht wird, ob über Gleichstrom-Hochspannungskabel als Strom, wie es eine deutsche Forschungsgruppe im Projekt "Synthesis" ausgearbeitet hat, ob in Form von Wasserstoff, wie es auch im prinzip schon technisch ausgereift ist oder eventuell über chemische Wasserstoffträger wie Zink, die leichter und ohne Verluste zu transportieren sind, braucht im Einzelnen nicht diskutiert werden. Es ist sowohl denkbar, daß sich eines dieser Verfahren weltweit durchsetzt, als auch, daß konkurrierende Systeme in die Praxis umgesetzt werden.
Das wäre laut dem Projekt "Synthesis" der Hochspannungsleitungsverbund der in den Wüsten rund um die Welt aufgestellen Sonnenenergie-Paneellen, von dem dann jeweils die Leitungen zu den Verbrauchszentren abgehen.
So oder so, die Basis der Energie an den Orten, wo sie gebraucht wird, wird in Form von Strom oder von Wasserstoff oder beiden vorliegen.
Strom treibt über Elektromotoren alles an, was wir auch heute schon kennen, wie jegliche Bewegung in der Industrie, die Triebsysteme von schienengebundenen Verkehrsystemen und Aufzüge und wo noch überall Bewegung gebraucht wird. Auch die Heizungen können mit Strom betrieben werden, wobei noch zu klären sein wird, ob hier die Nutzung der Erdwärme nicht weit besser angebracht wäre.
Was aber geschieht mit allen individuellen Verkehrssystemen, wie Autos, Lastwagen, Omnibussen und Flugzeugen, die ja nicht an Drähten entlang und nicht auf Magnetschienen laufen und daher nicht direkt mit Strom betrieben werden können?
Unabhängig von der Diskussion, ob es nicht sinnvoller wäre, alle diese Systeme durch schienengebundene zu ersetzen, wie z.B. Magnetschwebebahnen, kann man auf jeden Fall noch für eine lange Zeit von der Existenz solcher Transportsysteme ausgehen.
Hier tritt nun die Brennstoffzelle in Aktion. Sie kann aus Wasserstoff unmittelbar Strom erzeugen, auf chemischen Wege, ohne Verbrennung, und ist damit eines der möglichen Antriebssystem für diese lange Übergangsphase jedenfalls, solange die Batterie-Technik (exakt: Akkumulatoren-Technik) nicht vervollkommnet wurde.
Das Prinzip der Brennstoffzelle ist einfach: Auf der einen Seite läßt man Wasserstoff in eine wassergefüllte Kammer mit zwei Elektroden strömen, auf der anderen Seite Sauerstoff (braucht kein reiner Sauerstoff sein, es geht auch komprimierte Luft). Die Elektronen des Wasserstoffs gehen direkt als Strom in die Elektrode ein, während seine Protonen (die Atomkerne) zur anderen Elektrode wandern und sich dort mit dem Sauerstoff zu Wasser(dampf) verbinden.
Jede einzelne dieser Zellen produziert 1 Volt, man muß sie also in Reihe schalten, um auf die benötigte Voltzahl zu kommen. Dieser Vorgang ist absolut frei von Abgasen, wenn man vom Wasserdampf absieht, oder von irgendwelchen anderen Beeinträchtigungen. Er kann in Bezug auf den Energieinhalt des Wasserstoffs mit einer hohen Ausbeute durchgeführt werden (deutlich höher als der Verbrennungsmotor in Bezug auf den Energiegehalt es Benzins).
Die meisten Automobilkonzerne und eine Anzahl von Automobilzulieferern haben bereits einsatzfertige Konzepte dieser Brennstoffzellentechnik entwickelt und einige haben auch bereits in den sogenannten Concept-Cars praktisch funktionierende Brennstoffzellenautos vorgestellt. BMW und Delphi (eine ausgelagerte frühere GM-Tochter, die vor kurzem Vergleich angemeldet hat) haben ein System entwickelt mit zwei Oxid-Feststoff-Elektroden, während die meisten anderen, darunter die GM selbst, Ford, DaimlerChrysler, Honda, Daihatsu und Nissan eine Technik mit einer speziellen Membran zwischen zwei platin-beschichteten Elektroden verwenden, die sogenannte PEM Fuel-Cell.
Allerdings arbeiten alle diese Automobil-Brennstoffzell-Autos mit der Basis Benzin statt Wasserstoff. Es ist ein Ausdruck des Mangels an Phantasie bei den Entwicklern ebenso wie der innigen Verschränkung mit den Monster-Ölkonzernen, daß die Wasserstoff-Zukunft bei den Automobilfirmen nicht Einzug halten will.
Man kann nämlich die Brennstoffzellen auch mit Benzin oder anderen Kohlenwasserstoffen betreiben. Dabei wird der enthaltene Wasserstoff zu Wasser, aber der enthaltene Kohlenstoff eben zu Kohlendioxid, was den wesentlichen Vorteil der Technik wieder aufhebt. Zwar haben die Brennstoffzellen noch weitere Vorteile, die zum Tragen kommen, vor allem bilden sich keine sauren Abgase wie bei der Verbrennung, aber das Wesentlichste, die Verhinderung der CO2-Emission, wird damit dann eben nicht erreicht.
Die Anlage in den Concept Cars nimmt etwa den gleichen Raum ein wie der Benzinmotor. Geht man der Sache aber auf den Grund, dann ist das meiste dieses Volumens ein ‚Fuel-Transformer’. Dort wird das Benzin in eine für eine Brennstoffzelle erträgliche Flüssigkeit umgewandelt. Betreibt man das Ganze mit Wasserstoff, ist der benötigte Raum im Auto auch noch wesentlich kleiner als bei Benzin-Motoren. Die Wasserstoff-Druckbehälter nehmen in etwa den gleichen Raum ein wie heute der Benzintank, wenn man das Auto auf vergleichbare Reichweiten auslegt.
Typischerweise wird man ein solches Auto mit einem vollautomatischen stufenfreien Getriebe ausrüsten, wie sie früher mal im DAF verwendet wurden und heute bereits, vervollkommnet, in mehreren US-Autos angeboten werden. Diese Getriebe, verbunden mit einer automatischen Kupplung, haben den Vorteil, daß der Motor ständig bei seinem maximalen Drehmoment betrieben werden kann. Damit wird der einzige Nachteil des Elektromotors ausgeglichen, nämlich daß er bei niedrigen Drehzahlen unrentabel arbeitet und andere Nachteile aufweist.
Ein Elektromotor im Auto, der ständig bei der Umdrehungszahl seines maximalen Drehmoments betrieben wird, hat, wie man leicht feststellen kann, unzählige Vorteile gegenüber einem Benzinmotor. Er braucht kein Öl und keine Wasserkühlung, er wird überhaupt nicht so heiß wie ein Benzinmotor, denn er erzeugt nicht annähernd so viel Wärme, eine Luftkühlung reicht vollkommen. Er setzt die ihm zugeführte Energie zu einem weit größeren Maße in Vortrieb um als ein Explosionsmotor, der auf fossilen Brennstoffen basiert. Was er an Instandhaltungs-Maßnahmen braucht, ist minimal und er ist weit weniger störanfällig als das heutige Explosionsmotorkonzept mit seinen komplizierten Einspritzsystemen, mit dem notwendigen Zündsystem und all der paraphernalischen Elektronik, die heutige Autos so anfällig macht.
Es braucht nicht weiter erwähnt zu werden, daß ein Elektromotor zusammen mit den Bündeln von Brennstoffzellen, wenn sie in den Auflagen der heutigen Autos hergestellt würden, weit, weit billiger kommen als das bis ins letzte ausgereizte Konzept des Verbrennungsmotors. Weniger wichtige, aber auch nicht zu unterschätzende Vorteile sind die weit geringere Geräuschentwicklung und damit endlich das Ende des infernalischen Verkehrslärms und daß ein Elektromotor jedes Bremsen gleich zur Rückgewinnung von Energie verwenden kann, die er in einer Batterie (genau gesagt Akkumulator) speichert.
Interessant ist es nun, die Automobilhersteller zu hören, warum man diese Systeme noch nicht in verkaufbare Autos umgesetzt hat. Seit 25 Jahren (!, so lange gibt es die Brennstoffzelle schon als einsatzbereites Konzept) kommt die gleiche Leier: das sei alles noch nicht ausgereift und zu teuer.
Nun, das mit dem zu teuer hat sich bei den aktuellen Benzinpreisen erledigt. Die gigantischen Erdölkonzerne werden vielleicht später einmal im Rückblick als ihren entscheidensten Fehler entdecken, in diesen Jahren nach Belieben und Gutdünken die Preise für Benzin, Diesel und anderes angehoben zu haben und sich damit aus dem Rennen geworfen zu haben. Nun, wir verlieren mit ihnen nichts als eine Anzahl menschenfressender Ungeheuer.
Wasserstoff kann bereits heute zu Preisen bezogen werden, die - bezogen auf den Energieinhalt - mit den aktuellen Benzinpreisen an den Tankstellen mithalten. Würde Wasserstoff als Treibstoff also von der Steuer befreit, wäre die Vergleichbarkeit bereits hergestellt.
Nun müßten allerdings die Automobilkonzerne ihre Produktionen beginnen umzustellen, die Tankstellen müßten Wasserstoff als Alternative anbieten und vor allem müßte natürlich die Gewinnung von Wasserstoff aus Sonnenlicht im Großmaßstab angegangen werden.
Viel zu tun? Viel zu tun, aber nicht mehr als es benötigte, fast weltweit flächendeckende Mobil-Telephon-Systeme aufzubauen. Vom ersten Handy, das noch so gross war, dass man es als Nahkampfwaffe gebrauchen konnte, bis heute sind etwa 10 Jahre vergangen. In einem vergleichbaren Zeitraum könnte auch diese Umstellung so weit vorangetrieben sein, daß der Rest nur noch das Weitertreiben der gleichen Entwicklung wäre.
Nur, es wird nicht im entferntesten daran gedacht, auch nur anzufangen daran zu denken, dies voranzutreiben.
Im Wege stehen die Interessen der Ölgiganten ebenso wie die der Automobilriesen. Die entsprechende Entwicklungsanstrengung der Autoindustrie kommt nicht einem Zehntel dessen gleich, was sie allein in die Erforschung der Psychologie der Autokäufer steckt, mit anderen Worten, alle diese Entwicklungen sind nichts weiter als ein Alibi, damit niemand sagen kann, man habe gar nichts getan.
Für die Ölriesen ist die Herstellung und der Verkauf von Diesel, Kerosin und Benzin der wichtigste Profitquelle. Sie werden mit allen Mitteln (mit wirklich allen!) dagegen kämpfen, ihr absolutes Monopol auf die Treibstoffe der Welt zu verlieren.
Aber auch die Automobil-Giganten haben heftigstes Interesse, alles beim alten zu lassen. Sie sind die einzigen heute, die das Know-How haben, moderne Explosionsmotoren und Autokarrosserien zu bauen, die einzige Kernbereiche, die bisher noch keiner von ihnen ausgesourced hat. Würden sie einen dieser Kernbereiche verlieren, wäre ihre Monopolstellung im Bereich der Autos in Frage gestellt und damit ihr Maximalprofit. Auch von ihnen wird man also nur Widerstand zu erwarten haben.
Innerhalb des kapitalistischen Systems müßte schon eine gigantische Volksbewegung entstehen, um wirklich die Einführung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie durchzusetzen. Es ist weit wahrscheinlicher, daß wir erst im Sozialismus, wenn die Bedürfnisse der Menschen das Maß aller Dinge sind, nicht die Profite der Monopol-Konzerne, zu einer vernünftigen Energiepolitik kommen werden.
Ist nun die Brennstoffzellen-Technologie mit Wasserstoff aus Solarenergie das Non-Plus-Ultra aller Transport-Energie-Lösungen? Nein. Wie oben schon angedeutet, wird die Menschheit sich überlegen müssen, ob man wirklich weiterhin mit Hunderttausenden von Verkehrstoten pro Jahr leben will und mit letztendlich kaum zu vermeidenden Flugzeugabstürzen oder ob man nicht besser den gesamten Verkehr, sei es von Menschen oder Gütern, sei er lokal, regional, landesweit, kontinental oder interkontinental, nach und nach auf ein Magnetschwebebahnsystem umstellt, das jeden noch so abgelegenen Ort bedient.
Die Umstellung des Flugverkehrs ist dabei ein spezielles Problem, denn die heutigen Jets arbeiten ja nicht mit einem Explosionsmotor, sondern mit einem Verbrennungssystem, bei dem der Vorschub aus dem Ausstoß heißer Gase in höchster Geschwindigkeit entsteht. Damit kann dies System nicht einfach durch Brennstoffzellen und Elektromotoren ersetzt werden.
Für eine Übergangszeit wird man vor allem auf eine erneuerbare Quelle für den zu verbrennenden Energieträger übergehen müssen, das könnte Alkohol sein, aber auch Wasserstoff. Der brasilianische Exekutiv-Flugzeug-Bauer Embraer hat bereits ein Flugzeug entwickelt, das mit Alkohol anstatt mit Kerosin fliegt.
Auf Dauer muß aber geprüft werden, ob Übersee-Linien der Magnetschwebebahn, die ja auch mit annähernd 900 km/h fahren kann, nicht weit sinnvoller sind.
Ein weiterer wichtiger Artikel von Elmar Getto, der grundlegende über zukünftige Verkehrspolitik und Brennstoffzellen, erschienen in "Rbi-aktuell"am 18.10.2005, hier vom Autor leicht redigiert.
Link zum Originalartikel
hier
Hier eine Anzahl Links zu anderen Artikeln im Blog zur beginnenden Klimakatastrophe und was man dagegen tun kann:
- Regenwaldvernichtung und Trockenheit im Amazonasgebiet
- Der Alkohol-Boom hat begonnen, Teil 1 – Bill Gates und George Soros investieren in Alkohol
- Der Alkohol-Boom hat begonnen, Teil 2 – Was spricht gegen Bio-Kraftstoffe?
- Sprit aus nachwachsenden Rohstoffen
- Der Alkohol-Boom hat begonnen, Teil 3 – Der 'Rush' gewinnt an Tempo
- Das Klima kann nicht warten – Offener Brief an „Rettet den Regenwald“
- Wie die Industrie der „Global Warming Sceptics“ funktioniert
- Der Alkohol-Boom hat begonnen, Teil 4 - Endlich auch Bio-Alkohol in der Bundesrepublik
- Kofi Annan: Keine Gegenargumente mehr
- Brasilien plant völlige Umstellung auf Biodiesel
- Lulas Brasilien, Teil 4 – Abholzen und Abbrennen
- Klimakatastrophe: IPCC-Report klammert entscheidende Frage aus
- Stärkster Hurricane aller Zeiten
- Naive Umweltschützer geben Massenmedien Stichworte
- Briefwechsel mit „Rettet den Regenwald“
- Ein deutscher ‚Global Warming Sceptic’
- Klimahetzer? – Klimaketzer? Eine Auseinandersetzung um die beginnende Klimakatastrophe
Karl Weiss - 5. Mär, 00:38