Brennstoffzelle Archives

Das farb-, geschmack- und geruchlose Gas Wasserstoff ist der Hauptbestandteil von Wasser und aller in der Natur vorkommenden Materialien. Das bedeutet, dass wir auf das Gas fast unbegrenzten Zugriff haben. Von allen bekannten Materialien kann Wasserstoff außerdem am besten brennen. Aber wenn sich Wasserstoff so gut als Energieträger eignet, wieso greifen wir dann auf nicht nachwachsende Rohstoffe wie Kohle, Erdgas oder Erdöl zurück?

Im Jahr 1882 ging in London das erste Kohlekraftwerk der Welt in Betrieb, das elektrischen Strom für die öffentliche Nutzung erzeugte. Damals war das eine Neuheit. Heute ist der fossile Brennstoff Kohle der wichtigste Energieträger in Deutschland. Insgesamt machen fossile Brennstoffe über 50 % unseres gesamten Strombedarfs aus. Da fossile Rohstoffe aber bald aufgebraucht sein werden, werden erneuerbare Energien immer wichtiger!

Warum ist Wasserstoff so wichtig für die Zukunft?

1882 war an erneuerbare Energiequellen aus Wind, Wasser oder Sonne noch nicht zu denken. Nur einer wusste wohl schon damals, dass eine Zukunft ohne Kohle, Erdöl und Co. stattfinden kann: Jules Verne. Der französische Schriftsteller sprach Jahre vor der Eröffnung des ersten Kohlekraftwerks davon, dass „Wasser die Kohle der Zukunft“ sei. Für ihn war klar, dass Wasserstoff zukünftig die Energieversorgung der Erde sichern wird. Denn Wasserstoff ist flexibel einsetzbar und leicht zu transportieren. Zudem kann das Gas aus erneuerbaren Energien hergestellt werden, was gut für die Umwelt und unser Klima ist. Mehr Informationen zu alternativen Antrieben ohne schädliche CO₂-Emissionen findest du hier.

*Das chemische Element Wasserstoff wird mit dem Formelzeichen H₂ abgekürzt. Foto: Adobe Stock / / Shawn Hempel*

Wasserstoff kommt bisher vor allem beim Antrieb von Elektromotoren in Autos zum Einsatz. Das Allround-Talent kann aber noch in ganz anderen Bereichen verwendet werden und fossile Rohstoffe wie Kohle oder Erdgas ersetzen. So kann Wasserstoff zum Beheizen von Häusern und Unternehmen genutzt werden. Auch für die Chemie- und Stahlindustrie ist das Gas als Energieträger interessant. All das trägt dazu bei, dass Deutschlands Industrie klimaschonender produzieren könnte. Das hört sich toll an, aber ganz so leicht ist es nicht…

Grün, blau, grau, türkis – Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff

Wasserstoff kommt in der Natur zwar ganz oft vor, aber niemals alleine, sondern immer in Verbindung mit anderen organischen Stoffen: er ist beispielsweise in Wasser, Kohle, Erdöl oder Erdgas zu finden. Aus diesen Materialien muss das Gas herausgelöst werden. Die Methoden, mit denen das Gas gewonnen werden kann, sind unterschiedlich gut oder schlecht für die Umwelt. Denn manche davon treiben die Erderwärmung weiter voran. Warum das schlecht ist und was auch du tun kannst, erfährst du im Artikel zum ökologischen Fußabdruck. Daher unterscheidet die Wissenschaft Wasserstoff je nach Herstellungsart und dem Material, aus dem er herausgelöst wird durch die Farben grau, blau, pink, türkis und grün:

Grauer & blauer Wasserstoff: Wenn Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, spricht man von grauem oder blauem Wasserstoff. Dabei entsteht das Gas CO₂. Bei grauem Wasserstoff wird es in die Atmosphäre abgegeben, was schlecht für die Umwelt ist. Um blauen Wasserstoff handelt es sich, wenn das entstandene CO₂ im Erdboden gespeichert wird. Dieses Verfahren ist klimafreundlicher, aber sehr aufwendig.
Türkiser Wasserstoff: Für die Herstellung von türkisem Wasserstoff wird Methan gespalten und das Gas freigesetzt. Dabei entsteht fester Kohlenstoff. Da aus Kohlenstoff kein CO₂ entweichen kann, ist dieser feste Stoff klimaverträglich. Türkiser Wasserstoff befindet sich noch in der Entwicklung.
Pinker Wasserstoff: Mit Hilfe der Elektrolyse (mehr dazu hier) kann Wasserstoff aus Wasser gelöst werden. Für diesen Vorgang wird Strom benötigt. Bei pinkem Wasserstoff stammt der Strom allerdings aus Kernenergie. Dabei entsteht radioaktiver Abfall, der nicht natürlich abgebaut werden kann und unsere Erde belastet.
Grüner Wasserstoff: Genauso wie pinker wird grüner Wasserstoff aus Wasser gewonnen. Hierbei kommt der dafür benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen. Damit ist diese Art von Wasserstoff besonders umweltfreundlich.

*Grüner Wasserstoff kann mit Hilfe erneuerbarer Energien aus Wasser gelöst und zum Antrieb von Motoren oder zum Heizen genutzt werden. Foto: Adobe Stock / / Bogdana*

Ist grüner Wasserstoff wirklich grün?

Für die Wissenschaft ist klar: Grüner Wasserstoff ist die einzige wirklich umweltfreundliche Möglichkeit und legt daher ihren Fokus in der Forschung darauf. Klingt soweit alles gut! Nur gibt es da ein Problem: Für die Herstellung von grünem Wasserstoff braucht es sehr viel Energie, also elektrischen Strom. Dieser Strom wird bisher zu Großteilen aus klimaschädlichen Brennstoffen wie Kohle gewonnen, die beim Verbrennen CO₂ ausstoßen. Will grüner Wasserstoff wirklich grün sein, muss das in jedem Prozess seiner Herstellung der Fall sein. Die benötigte Menge an Strom ist bisher noch so groß, dass sie noch nicht aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann. Jetzt wird fleißig weiter daran geforscht, dass grüner Wasserstoff zukünftig wirklich komplett grün sein kann.

Beitragsfoto: Adobe Stock / / Mediaparts

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juli 2022

In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Erneuerbare & zukünftige Energien”:

Reduktion des CO₂-Ausstoßes im Straßenverkehr: Strom direkt aus der Zapfsäule? Es gibt viele Möglichkeiten, wie der CO₂-Ausstoß reduziert…
Wie wir unsere Erde verbrauchen: Füße hinterlassen Spuren im Boden. Der ökologische Fußabdruck hinterlässt Spuren in der Erde…
Fahrzeugteile aus CO₂: Stell dir vor, mit der Luft, die du ausatmest, können Autos gebaut werden…

Per Stream ins Klassenzimmer: Digitale Fortbildungen für Lehrkräfte

Seit 2011 bietet Genius Lehrerfortbildungen an, bei denen Lehrkräfte die Genius-Unterrichtsmaterialien kennenlernen und wie sie sie sinnvoll in ihren Unterricht integrieren können. Dieses Jahr wurde alles anders: Die Fortbildungen gab es bundesweit und rein digital, per Genius Webcast – und die Teilnehmenden waren auch von dem neuen Format begeistert.

Auch in 2022 soll es daher weitergehen mit den digitalen Fortbildungen für Lehrkräfte. Alle Informationen gibt es hier – und dort werden auch Anfang 2022 alle neuen Termine bekannt gegeben: https://www.genius-community.com/genius-fuer-lehrkraefte/fortbildungsangebot/

Aus dem Home Office: Prof. Dr. Christian Mohrdieck spricht über die Brennstoffzelle

Was ist eigentlich eine Brennstoffzelle? Und warum ist sie so interessant für die Autoproduktion? Um jungen Menschen dieses komplexe Thema näherzubringen, hat Genius einen Termin mit Prof. Dr. Christian Mohrdieck, Managing Director bei cellcentric GmbH & Co. KG in Nabern in der Nähe von Stuttgart vereinbart – und zwar aus dem Home Office. Per Video-Interview erzählt er auf kurzweilige Art, was es mit der Brennstoffzellen-Technologie auf sich hat – und warum er am coolsten Tag in seinem Beruf mit einer Gefriertruhe unterwegs war.

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Jörg Burzer lädt ein: Kinderreporter Alex in der Factory56

Nach der langen pandemiebedingten Pause war auch Genius Kinderreporter Alex wieder unterwegs. Jörg Burzer, Produktionschef bei Mercedes, hat ihn nach Sindelfingen in die Factory56 eingeladen. Zwischen ergonomischem Arbeiten und selbstfahrenden Robotern staunt Alex nicht schlecht. Eine Herausforderung für seinen Gastgeber hatte er auch dabei. Ob Jörg Burzer im Quiz wohl alle Mercedes-Benz Werke erkannt hat?

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Nach vorne schauen: 2022 kann kommen!

Nun freuen wir uns bei Genius auf einen ruhigen Ausklang dieses turbulenten Jahres – und darauf, was das neue Jahr alles zu bieten hat. Die Ideen gehen uns so schnell nicht aus, und ein paar Events und Themen sind bereits in der Vorbereitung. Bleiben Sie gespannt – und bleiben Sie gesund!

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Prof. Dr. Christian Mohrdieck lädt Genius sozusagen in sein Arbeitszimmer ein. Aus dem Home Office erzählt er im virtuellen Interview Spannendes rund um die Brennstoffzelle und die Arbeit daran: Was das ist, worauf man dabei achten muss und was es auch für die Ingenieurinnen und Ingenieure Neues zu lernen gibt. Dabei verrät er auch die eine oder andere interessante Anekdote aus seinem Berufsleben.

„… und dann hat der ganze Vorstand Eis gegessen.”

Prof. Dr. Christian Mohrdieck über den coolsten Moment im Beruf

Der Antrieb per Brennstoffzelle funktioniert ganz anders als bei einem Verbrennermotor: Das Brennstoffzellenauto fährt nur mit Wasserstoff. Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff, den das Auto aus der Luft zieht, und erzeugt dabei elektrische Energie, die wiederum das Auto vorantreibt. Dabei entstehen keine Abgase, sondern es kommt tatsächlich nur Wasser aus dem Auspuff! Das ist richtig gut für die Umwelt und sorgt für mehr Nachhaltigkeit beim Autofahren.

Neue Technologie mit großem Nutzen

In Nabern, wo die Brennstoffzelle hergestellt wird, gibt es spannende Technologie zu bestaunen. // Foto: Mercedes-Benz

Doch die Brennstoffzelle kann noch mehr – es gibt zahlreiche Einsatzgebiete außerhalb der Autoproduktion, wo man sie einsetzen kann. Ein Beispiel sind sogenannte Notstromaggregate. Die braucht man, wenn der Strom aus der Steckdose einmal ausfällt. So ein Stromausfall kann auch richtig gefährlich werden – man denke nur einmal daran, wenn im Krankenhaus der Strom ausfällt, während gerade operiert wird. Da kann die Brennstoffzelle sogar Leben retten!

„Wenn man sich in der Schule für die Technik-Fächer interessiert […],
ist das eine sehr gute Voraussetzung dafür, dass man später auch Spaß an diesem Beruf hat.”
Prof. Dr. Christian Mohrdieck

Hier ist (fast) alles geheim

Leoni ist 27 Jahre alt. Sie arbeitet bei Mercedes-Benz (ehemals Daimler) in der „Verfahrensentwicklung Brennstoffzelle“ und ist eine absolute Expertin auf diesem Gebiet. Ihre Aufgabe: die Entwicklung von Fertigungsverfahren für die Brennstoffzellenherstellung aus ganz empfindlichen Einzelfolien, die so dünn wie die Hälfte eines menschlichen Haares sind.

Wir treffen uns in Nabern in der Nähe von Stuttgart – hier forscht Daimler rund um die Brennstoffzelle. Vieles ist ganz geheim – wir müssen sogar die Kameras unserer Handys zukleben. Denn hier wird geforscht, getüftelt und gebaut. Aufregend!

In einem Ausstellungsraum zeigt mir Leoni gemeinsam mit ihrem Kollegen Klaus Dobler, der hier für das Testen der Systeme zuständig ist, das erste Brennstoffzellenauto von Mercedes-Benz (ehemals Daimler) – ein kleiner Lieferwagen mit rund 800 Kilo schwerem Gepäck hinter dem Fahrersitz. Das ist der Brennstoffzellenantrieb samt Tank. Fast der ganze Innenraum des Autos ist beladen. Der Wagen konnte immerhin 110 Stundenkilometer fahren und hat damals gezeigt, dass die Technik ein Fahrzeug antreiben kann. Das Auto ist aus dem Jahr 1994 und seitdem hat sich einiges geändert. Mittlerweile kann die ganze Technik komplett im Motorraum verstaut werden und wiegt zusammen mit den Tanks auch nur noch rund ein Viertel von damals.

Brennstoffzelle = Wasserstoff + Sauerstoff

Aber was ist eigentlich eine Brennstoffzelle? Und warum ist sie so interessant für die Autobauer? „Das Brennstoffzellenauto fährt nur mit Wasserstoff. Den Sauerstoff holt es sich aus der Luft. Hinten, aus dem Auspuff, kommt ganz sauberes Wasser heraus, das du sogar trinken könntest“, erzählt mir Leoni begeistert. Ein Auto, das mit Wasserstoff angetrieben wird? Schwer vorstellbar, oder?

Leoni ist begeistert von der Idee: „Das Tolle an dieser Technologie ist, dass sie die Umwelt komplett schont, denn Wasserstoff kann man aus Wind- und Sonnenenergie herstellen. Wenn wir es schaffen, diese Autos auf die Straße zu bringen, dann haben wir das Problem gelöst. Dann haben wir ganz saubere Autos, die keine Schadstoffe in die Luft pusten.“

Die Idee ist längst Wirklichkeit: Schon einige Busse und einzelne Autos fahren mit Wasserstoff durch die Stadt. Im Herbst 2017 wird Mercedes-Benz (ehemals Daimler) das erste Serien-Brennstoffzellenauto für die Straße vorstellen.

Wie funktioniert die Brennstoffzelle?

Aber wie funktioniert das System der Brennstoffzelle?

Eigentlich ist es nur eine chemische Reaktion, die elektrische Energie erzeugt. Die Brennstoffzelle besteht aus zwei Platten, die durch eine Membran, also eine Art Haut, getrennt sind. Der Sauerstoff, der aus der Luft kommt, wird auf der einen Seite zugeleitet, auf der anderen Seite kommt Wasserstoff dazu. Die positiven Teilchen der minikleinen Wasserstoffatome können die Seite dieser ganz dünnen Haut durchdringen, die negativ geladenen Teilchen schaffen das nicht und bleiben auf ihrer Seite. Atome wollen aber, dass die Ladung (negativ und positiv) ausgeglichen ist. Deshalb müssen sie einen Umweg über einen elektrischen Leiter, also so etwas wie einen Draht, nehmen, um auf die andere Seite zu gelangen. Durch diese chemische Reaktion entsteht Energie, also Strom für den Antrieb und Wasser. In einem Brennstoffzellenantrieb müssen rund 400 kleine Brennstoffzellen in Stapeln hintereinandergeschaltet werden, damit dem Auto genügend Leistung zur Verfügung steht.

Rund 20 Wasserstofftankstellen in Deutschland

Und wie werden die Autos betankt? „Das ist gerade noch das Problem. Momentan gibt es nur 20 öffentlich zugängliche Tankstellen für Wasserstoff in Deutschland. Aber da wird sich noch einiges tun. Sobald die Autos da sind, kommen auch die Tankstellen“, ist Leoni überzeugt.

Und wie ist Leoni eigentlich dazu gekommen, Ingenieurin zu werden? „Ich habe mich in der Schule sehr für Technik interessiert – vor allem Physik. Wie funktionieren die Dinge, wie kann man das berechnen? Das fand ich immer cool. Aber auch das Kreative wie Kunst habe ich gerne gemacht.“ Für ihren Job benötigt sie beides: technisches Verständnis und Kreativität. „Wir müssen immer Probleme lösen. Das macht meinen Job so spannend“, erzählt sie mir. Nach ihrem dualen Maschinenbaustudium bei Mercedes-Benz hat sie ihren heutigen Traumjob gefunden und hat nebenher noch weiter studiert.

Und bei der ganzen Arbeit: Bleibt da noch Zeit für Hobbies? „Ich mache Poweryoga und spiele manchmal Tennis. Und ich gehe sehr gerne ins Kino oder treffe mich mit meinen Freundinnen“, erzählt Leoni. Da haben Leoni und ich doch einiges gemeinsam.

Mir hat es total Spaß gemacht, und ich habe eine Menge gelernt. Und wer weiß, vielleicht ist mein erstes Auto ja tatsächlich ein Brennstoffzellenauto. Dann werde ich mich bestimmt an diesen Tag heute erinnern.

Deine Emma