Was ist das Prinzip eines Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugs?

Brennstoffzellen sind Stromerzeugungsgeräte, die chemische Energie aus Brennstoffen durch Redoxreaktionen von Sauerstoff oder anderen Oxidationsmitteln in elektrische Energie umwandeln. Der am häufigsten verwendete Brennstoff ist Wasserstoff, der als Umkehrreaktion der Wasserelektrolyse zu Wasserstoff und Sauerstoff verstanden werden kann.

Anders als Raketen erzeugen Wasserstoffbrennstoffzellen keine kinetische Energie durch die heftige Reaktion der Wasserstoff-Sauerstoff-Verbrennung, sondern setzen die Gibbs-Energie des Wasserstoffs über einen Katalysator frei. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass Wasserstoff durch einen Katalysator (meist Platin) in der positiven Elektrode der Brennstoffzelle in Elektronen und Wasserstoffionen (Protonen) zerlegt wird. Protonen erreichen durch die Protonenaustauschmembran die negative Elektrode und reagieren mit Sauerstoff zu Wasser und Wärme. Die entsprechenden Elektronen fließen durch den externen Stromkreis von der positiven zur negativen Elektrode und erzeugen so elektrische Energie. Der thermische Wirkungsgrad von etwa 40 % ist bei Verbrennungsmotoren nicht gegeben, und der Wirkungsgrad von Wasserstoffbrennstoffzellen kann problemlos über 60 % erreichen.

Wasserstoff galt bereits vor einigen Jahren als die ultimative Form von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben, da er Vorteile wie Schadstofffreiheit, erneuerbare Energie, schnelle Hydrierung und hohe Reichweite bot. Die technische Theorie der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist zwar perfekt, die Industrialisierung ist jedoch deutlich rückständig. Eine der größten Herausforderungen bei ihrer Förderung ist die Kostenkontrolle. Dies betrifft nicht nur die Fahrzeugkosten selbst, sondern auch die Kosten für Wasserstoffproduktion und -speicherung.

Die Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen hängt vom Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur ab, wie beispielsweise Wasserstoffproduktion, Wasserstoffspeicherung, Wasserstofftransport und Wasserstoffverwertung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Straßenbahnen, die zu Hause oder im Unternehmen langsam aufgeladen werden können, können Wasserstofffahrzeuge nur an Wasserstofftankstellen aufgeladen werden, daher ist der Bedarf an Ladestationen dringender. Ohne ein flächendeckendes Wasserstoffverwertungsnetz ist die Entwicklung der Wasserstofffahrzeugindustrie unmöglich.