http{{Zitat|Jules Verne|Ich glaube, dass Wasser eines Tages als Brennstoff genutzt wird. Wasser, in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, wird zur unerschöpflichen Energiequelle werden.}}{{navi|Treibhauseffekt|Elektrolyse}}== Zukunftstechnik Brennstoffzelle? == Bereits im Jahre 1839 wurde der Grundstein für die heutige Brennstoffzellentechnik gelegt. Doch die zivile Nutzung der Brennstoffzelle wurde erst in den letzten Jahren interessant, da sie hinsichtlich des '''[[Treibhauseffekt]]es''' eine umweltfreundliche Alternative zur Stromerzeugung aus [[fossile Brennstoffe|fossilen Brennstoffen]] wie [[Erdöl]] darstellt. === Vorteile der Brennstoffzelle ===[[Bild:Xco2.gif|right]]* Die Brennstoffzelle ist in Bezug auf [[Kohlenstoffdioxid|CO<sub>2</sub>]] [[Emission|emissionsfrei]].* [[Wasserstoff]] als Brennstoff ist aus Wasser herstellbar, das unbegrenzt zur Verfügung steht.* Als Endprodukt entsteht wiederum nur Wasser.* Die Brennstoffzelle arbeitet geräuschlos.* Es erfolgt eine direkte Umwandlung chemischer [[Energie]] in elektrische [[Energie]], ohne Umwege über [[Wärme]]- und mechanische [[Energie]].* Die Brennstoffzelle unterliegt keinem mechanischen Verschleiß, da in der Zelle keine beweglichen Teile zum Einsatz kommen.* Der elektrische [[Wirkungsgrad]] kann bis zu 60 % betragen.* Die Brennstoffzelle benötigt keine Ladezeiten. Bei Zufuhr von [[Wasserstoff]] und [[Sauerstoff]] liefert sie sofort eine [[Spannung]]. === Nachteil ===* [[Wasserstoff]] als Brennstoff muss erst unter Energieaufwand erzeugt werden und ist damit kein auf der Erde vorhandener Primärenergieträger. == Aufbau und Funktion der PEM-Brennstoffzelle =={| |[[Bild:PEM-Brennstoffzelle.jpg|thumb|400px|PEM-Brennstoffzelle]] | [[Bild:FuelCellAnimation.gif]] |}Brennstoffzellen sind einfach aufgebaut, die eigentliche Zelle besteht aus drei übereinander liegenden Schichten: zwei gasführende Platten-Elektroden aus [[Platin]] und ein dazwischen liegender Feststoff-Elektrolyt, der Protonen-Austausch-Membran (PEM). Das [[Platin]] als Elektrodenmaterial wirkt gleichzeitig als [[Katalysator]] und ermöglicht die folgenden elektrochemischen Vorgänge: === [[Anode]]/wwwMinuspol ===* [[Wasserstoff]] wird unter Abgabe von [[Elektron]]en in [[Wasserstoff]]-[[Ionen]], also [[Proton]]en gespalten (Elektronenabgabe, [[Oxidation]]).h* Verbindet man die beiden Elektroden über einen elektrischen Verbraucher, so wandern die Elektronen durch diesen äußeren [[Stromkreis]] von der [[Anode]] zur [[Kathode]]: Es fließt ein nutzbarer, elektrischer Strom:<br />2[[Wasserstoff|H<sub>2</sub>]] [[Bild:Pt-tecPfeil.comgif]] 4H<sup>+</sup> + 4e<sup>–</sup> (Elektronenabgabe, [[Oxidation]]) === [[Kathode]]/Pluspol ===* Die über den äußeren Stromkreis zugeführten Elektronen reduzieren den [[Sauerstoff]] (Elektronenaufnahme, [[Reduktion]]), zeitgleich wandern die H<sup>+</sup>-[[Ionen]] durch die für sie durchlässige Membran zur [[Kathode]], es bildet sich Wasser:<br /education>4H<sup>+</imagessup> + [[Sauerstoff|O<sub>2</productssub>]] + 4e<sup>–</1908_1sup> [[Bild:Pt-Pfeil.jpggif]] 2[[Wasser|H<sub>2<br/sub>O]] (Elektronenaufnahme, [[Reduktion]]) === Stacks ===Das Modell zur Veranschaulichung von Wasserstofftechnologie Da eine einzelne Zelle nur eine sehr geringe Spannung erzeugt, werden je nach benötigter Spannung einzelne Zellen [[Reihenschaltung|in [Reihe geschaltet]], d. h. aufeinander gestapelt. Solch ein Stapel nennt sich "Stack". Die Gesamtspannung des Stacks ist die Summe der Teilspamnnungen der einzelnen Brennstoffzellen. http://www.bbsinnovation-winsenbrennstoffzelle.de/bbs_dtbzelle/img/bzelle2.gif http://bbswww.innovation-tourbrennstoffzelle.de/bzelle/egimg/e26stack.gif'''Stack''' == Modell Wasserstofftechnologie ==[[Bild:H-Modell.gif|thumb|left|799px|Modellanlage Wasserstofftechnologie mit Brennstoffzelle<br>Skizze: Miriam de la Cruz, FOS-G]]{| |[[Bild:Modell Wasserstofftechnologie.html E26jpg]] |Die PEM-Brennstoffzelle ist das "Herzstück" unserer '''[[Modell]]anlage zur Veranschaulichung von [[Wasserstoff]] technologie''' Raum E 26.Aufbau und Funktion findest Du auf der [http://www.h-tec.com/education/ger/?onload=dmlldygndGVjaG5vbG9neScpOwptYXVzKCk7CnNjaHJpZnQoJ2NfdGVjaG5vbG9neV9yZW5ld2FibGVlbmVyZ3knKTsK&content=technologie_brennstoffzelle {{c}} Herstellerseite von H-Tec] eingehend erläutert, informativ ist insbesondere die .*[[Media:Brennstoffzelle-Bedienung.pdf|Bedienungsanleitung als PDF-Datei]] |} == Anwendungsbeispiele ===== Brennstoffzellen in der Fahrzeugtechnik ===Wissenschaftler und Ingenieure entwickelten zu Beginn der 90er Jahre verschiedene neue Konzepte und Technologien, mit denen es gelang, die Leistungsfähigkeit kontinuierlich zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken. Inzwischen reichen die Einsatzmöglichkeiten bishin zu Fahrzeugantrieben mit mehreren 100 kW [[Leistung]]. [[Bild:Citaro.jpg]]<br>Bus der Hamburger Hochbahn mit Brennstoffzellenantrieb. *[[Brennstoffzelle: Prüfen und Instandsetzung]] ([[:Kategorie:Fahrzeugtechnik|Fahrzeugtechnik]]) '''Weitere Informationen als PDF-Dateien zum Download:'''* [[Media:H-2 Bus.pdf|CITARO mit Brennstoffzellenantrieb]]*[[Media:Brennstoffzelle ABH-2BusFACTS.pdf|Arbeitsblatt Daten u. Fakten zum CITARO-Bus]]* [[Media:H-2 TankFACTS.pdf|Technische Daten der Tankstelle]]* [[Media:H-2tankstelle.pdf|Allgemeines zur Tankstelle]]* [[Media:H-2Strom Zertifi.pdf|"Grünstrom"-Zertifikat]][[Bild:BZHneu_190.jpg|thumb|Brennstoffzellen-Heizgerät der Fa. Vaillant|95px]] === Brennstoffzellen in der Haustechnik ===Die Firma Vaillant hat ein Brennstoffzellen-ModellHeizgerät (BZH) entwickelt, das bis zu 50% weniger [[Kohlendioxid|CO<sub>2</sub>]]erzeugt und etwa 25% weniger Primärenergie benötigt, um im Vergleich zu heutiger Technik die gleiche Menge an Heizwärme und elektrischem Strom in einem Mehrfamilienhaus bereitzustellen. Ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz bei wirtschaftlicher Verwendung wertvoller Ressourcen. == Alkalische Brennstoffzelle ==Referat über die alkalische Brennstoffzelle (AFC - alkaline fuel cell): *[[Media:Die_alkalische_Brennstoffzelle.pdf|Alkalische Brennstoffzelle: Prüfen und Instandsetzung]] (FahrzeugtechnikPDF-Datei, 6 MB) {{AB}}{{cb|-|164|273}}{{www}}{{blume|fc}}*Weiter gehende Infos zum Thema Brennstoffzelle [http://www.pemfc.de www.pemfc.de] * [http://www.diebrennstoffzelle.de www.diebrennstoffzelle.de].* [http://www.vaillant.de/Warum-Vaillant/Forschung-Entwicklung/Brennstoffzelle/ Vaillant Brennstoffzellen-Heizgerät]* [http://www.h-tec{{c}}fileadmin/content/edu/Lehrmaterialien/Praesentation.pdf Fa. H-Tec: umfangreiches Infomaterial mit OHP-Folien]* [http://www.enviam-welt.de/welt/energie_und_wissen/energie_erzeugung/brennstoffzelle_pem-brennstoffzelle.html www.enviam.de] - Animierte Darstellung des Funktionsprinzips{{cona|Chemie_Brennstoffzelle.pdf}}
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Fahrzeugtechnik]]
[[Kategorie:Lernfeld 5: Prüfen und Instandsetzen der Energieversorgungs- und Startsysteme]]
