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2. In welchen Bereichen wurde die Brennstoffzelle als Erstes eingesetzt? Welche Gründe gab es dafür vermutlich?

Die Brennstoffzelle wurde als Erstes im Militärbereich und in der Raumfahrt eingesetzt. In der Raumfahrt spielten die Kosten eine untergeordnete Rolle. Die Vorteile der Technik standen im Vordergrund.

3. Ergänze die Mindmap zur Brennstoffzelle unter den vorgegebenen Aspekten.

Vorteile

Die Brennstoffzelle

arbeitet geräuscharm

Umweltaspekte

als „Abgas“ entsteht nur Wasser (emissionsfrei)

Wasserstoff kann man aus regenerativen Energiequellen gewinnen

fehlende Infrastruktur (keine flächendeckende Versorgung)

direkte Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie

benötigt keine Ladezeiten (im Gegensatz zur Batterie)

Technologie Nachteile

hoher elektrischer Wirkungsgrad bis zu 70 % Wasserstoffgewinnung ist ein sehr energieaufwendiger Prozess

liefert sofort eine Spannung bei Zufuhr von H2 und Luft kein mechanischer Verschleiß, da keine beweglichen Teile

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Rohstoffverbrauch und Alternativen

In der Diskussion um die begrenzte Verfügbarkeit von Rohstoffen gilt es, zwei Argumente voneinander zu trennen: a) Politik (Verfügbarkeit wird zur politischen Machtfrage instrumentalisiert) und b) Umwelt (Endlichkeit der Ressourcen). Das wachsende Umweltbewusstsein führte dazu, dass Benzinverbrauch und Schadstoffausstoß der Automobile in die Diskussion gerieten. Bereits in den 1960er Jahren begann man, alternative Antriebsenergien für Fahrzeuge zu entwickeln. Es bedarf technischer Entwicklungen, um den Verbrauch zu senken und die Emissionsausstöße zu reduzieren. In diesem Zusammenhang gibt es ein ehrgeiziges Ziel: Deutschland soll eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung und Einführung neuer Mobilitätsformen übernehmen. Eine Million Elektroautos sollen bis 2020 auf den Straßen fahren. Diese ehrgeizige Vorgabe erfordert die Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen, damit Automobilhersteller in diese Zukunftstechnologie investieren und Elektrofahrzeuge für Kunden attraktiv werden.

Mit dem derzeitigen Stand der Technik lassen sich viele Argumente für und gegen Elektrofahrzeuge finden. Kritische Aspekte von Elektrofahrzeugen sind die geringere Reichweite, Batterieprobleme und das höhere Preisniveau. Mittelfristig lässt sich bei einer Erstnutzung von vier Jahren ein deutlicher vierstelliger Betrag als Kostennachteil gegenüber vergleichbaren konventionellen Fahrzeugen verzeichnen. Derzeit gibt es keine steuerrechtlichen oder anderweitigen Vergünstigungen für Elektrofahrzeuge. Als schwerwiegend wird außerdem ein möglicher Komfortverlust bei der Nutzung empfunden. Auf der positiven Seite lassen sich die Geräuscharmut und die Umweltfreundlichkeit, effektivere Motoren und einfache, zukunftsweisende und unterhaltssparsame Technik anführen.

Hybridfahrzeuge

In einem Hybridfahrzeug arbeiten mehrere Antriebssysteme auf unterschiedliche Weise zusammen. Derzeit werden in der Regel Verbrennungsmotoren zusammen mit Elektromotoren eingesetzt. Die Motoren können parallel arbeiten, dann wirken die Antriebe gleichzeitig auf den zu bewegenden Teil; oder seriell arbeiten, dann wirkt ein Antrieb unmittelbar auf den zu bewegenden Teil, während der andere nur Leistung bereitstellt, die umgewandelt dem direkt wirkenden Antrieb zugeführt wird. Auch Mischformen sind möglich. Die derzeitigen Hybridmodelle sind Kompromisslösungen, da zwei verschiedene Motortypen zu einem höheren Gewicht führen und die Umwelt noch immer durch Schadstoffe belastet wird, wenn auch in einem geringeren Maße.

Abgasreinigung mit Chemikalien

Unter dem Begriff AdBlue wird seit 2003 eine synthetisch hergestellte 32,5 %ige Lösung von Harnstoff in demineralisiertem Wasser zur Nachbehandlung von Dieselabgasen eingesetzt. Bei dem Einsatz dieser Technik wird der Schadstoffausstoß von Stickstoffoxiden um etwa 90 % reduziert. Neben einem gesonderten Tank ist ein Einspritzsystem vor dem Katalysator notwendig, welches die Lösung in den Abgasstrom einspritzt. In der dabei entstehenden chemischen Reaktion werden die Stickstoffoxide in Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt. Neben der Reduzierung der Stickstoffoxide liegen die Vorteile dieser Technologie in einer etwa 2–5 %igen Kraftstoffeinsparung, einer flächendeckenden Verbreitung, einer hohen Reichweite, in Wartungsfreiheit und einer unkomplizierten und ungefährlichen Befüllbarkeit des Zusatztanks. Nachteilig sind neben dem zusätzlichen Platz- und Gewichtsbedarf des Tanks, der Lösung und der Einspritzanlage ein hoher Gefrierpunkt von etwa -11 °C, zusätzliche Kosten für die Lösung und eine längerfristig mögliche Kristallbildung im Abgastrakt.

Der Einsatz von Brennstoffzellen

Brennstoffzellen wurden zuerst produktiv eingesetzt in der amerikanischen Raumfahrttechnik in den 1960er Jahren. Sie waren in den Apollo-Missionen zum Mond meist zuverlässige Energielieferanten. Am 11. April 1970 kam es jedoch zu einem folgenschweren Zwischenfall: Nachdem die Rakete der ApoIlo-13-Mission nach problemlosem Start das All erreicht hatte, explodierte eine der Brennstoffzellen und brachte die Sauerstofftanks ebenfalls zur Explosion. Dadurch hatte das Servicemodul der Raumfähre keinen Strom mehr. Die drei Männer der Mannschaft mussten daher im Mondlandemodul ohne Heizung bei -200 °C Umgebungstemperatur knapp sechs Tage lang ausharren! Das Lebenserhaltungssystem des Mondlandemoduls war nicht dafür ausgelegt, drei Personen über einen so langen Zeitraum am Leben zu erhalten. Bei diesem Zwischenfall fiel der berühmte Satz „Houston, we've had a problem here“ („Houston, wir hatten hier ein Problem“). Die geplante Mondlandung musste aufgegeben werden und die Mission wurde abgebrochen. 2010 wurden die ersten serienmäßigen Brennstoffzellenfahrzeuge „F-Cell“ ausgeliefert. Herzstück dieser Elektrofahrzeu-