Brennstoffzellen als Strom- und Wärmelieferanten

Strom und Wärme zählen zu den wichtigsten Erscheinungsformen von Energie. Strom ist universeller nutzbar – man spricht von einer höherwertigen Energieform. Wärme beherrscht dagegen mit einem Anteil von über 50 Prozent den Energieverbrauch in Deutschland. Auch Wärme ist also kostbare Energie. Und sie fällt meistens zusätzlich an, wenn Energie umgewandelt oder zur Verrichtung von Arbeit eingesetzt wird. Man erkennt das ungefähre Verhältnis oft am Wirkungsgrad einer Technologie. Ein Ottomotor verwandelt zum Beispiel etwa 36 Prozent seines Kraftstoffs in Bewegung, der Rest ist zu großen Teilen Wärme. Auch bei der Stromproduktion im Kraftwerk fällt oft zusätzlich Wärme an. Diese wird heute schon häufig nach dem Verfahren der Kraft-Wärme-Kopplung an ein Wärmenetz abgegeben und zum Beispiel zum Heizen weitergenutzt. Der intelligente Umgang mit „Abwärme“ ist ein notwendiger Schritt, um unseren Verbrauch von Energie insgesamt zu verringern.

Brennstoffzellen liefern Strom und verbrauchen dazu Wasserstoff und (Luft-)sauerstoff. Je nach Konstruktion ist die Stromausbeute pro eingesetzter Menge Wasserstoff dabei recht hoch, verglichen zum Beispiel mit einer Gasturbine. Das liegt daran, dass Turbinen – und andere sogenannte Wärmekraftmaschinen – die chemische Energie des Wasserstoffs zunächst in Wärme, dann in mechanische und erst dann schließlich in elektrische Energie umwandeln. Eine Brennstoffzelle geht den direkten elektro-chemischen Weg und erreicht so einen typischen Wirkungsgrad zwischen 50 und 80 Prozent.

Trotzdem entsteht auch in einer Brennstoffzelle Wärme, die an die Umgebung abgegeben wird. Es sei denn: Man findet einen Weg, diese Wärme effizient zu nutzen. Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung bietet sich hierfür an. Auf diese Weise eingesetzt, verringert die Brennstoffzellen-Technologie auch Übertragungsverluste im Strom- oder Wärmenetz. Denn oft kann dort, wo Strom benötigt wird, auch Wärme sinnvoll eingesetzt werden. Und weil Brennstoffzellen in den unterschiedlichsten Größen produziert und verwendet werden können, sind sie ideal für dezentrale Anwendungen und netzunabhängige „Insellösungen“ geeignet. Strom- und Wärmeproduktion finden dann direkt am Ort des Verbauchs statt – zu Hause, in der Industrie oder auch unterwegs.