Die SFC Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie

So funktioniert die
SFC Wasserstoff-Brennstoffzelle

Luft

Wasserstoff

Abwärme + Wasserdampf

Strom

Emissionsfreie Technologie

Die EFOY Hydrogen Brennstoffzellen beruhen auf der PEM (Polymerelektrolytmembran)-Technologie. Sie produzieren den Strom aus dem Betriebsstoff Wasserstoff, ergänzt um Sauerstoff aus der Luft. Hierbei wird Wasserstoff direkt in Strom umgewandelt. Dabei entsteht neben Strom lediglich Wasserdampf. Das ist außergewöhnlich umweltfreundlich.

Die Wasserstoff-Brennstoffzelle - eine grüne Energiequelle

Es ist Zeit, Energie neu zu denken. Die Auswirkungen des Klimawandels gilt es abzumildern, schädliche Emissionen zu reduzieren und natürliche Ressourcen zu schonen. Es ist Zeit, neue Ansätze zu finden für mehr Kraft, mehr Flexibilität und mehr Nachhaltigkeit. Es ist Zeit für eine jahrhundert alte Technologie: die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Sie ist die Energiequelle der Zukunft. Bereits 1839 erfand der britische Physiker Sir William Robert Grove das Prinzip der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Drei Jahre später baute er das erste funktionsfähige Exemplar. Gegen Entwicklungen wie den Elektrodynamo oder den Verbrennungsmotor setzte sie sich allerdings damals nicht durch. Heute wissen wir: ihre Erfindung ist eine Erfolgsgeschichte. Und diese Erfolgsgeschichte schreibt SFC Energy Tag für Tag fort. Mit der EFOY Wasserstoff-Brennstoffzelle.

Die PEM-Brennstoffzelle
auf der Überholspur

Bis zur heutigen Ausführung der EFOY Hydrogen 2.5 Wasserstoff-Brennstoffzelle hat es zwar etwas gedauert, doch gewinnt die Wasserstofftechnologie weiter an Bedeutung. Zwei Arten der Brennstoffzelle haben sich durchgesetzt und versorgen zahlreiche Anwenderbranchen mit zuverlässiger und umweltfreundlicher Energie. Zu den am häufigsten verwendeten Systemen gehören die Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane Fuel Cell; PEMFC) und die oxidkeramische Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell: SOFC). Weltweit liegt die PEM-Ausführung in der Gunst der Anwender vorne. Sie weist die höchsten Verkaufszahlen auf. Kein Wunder, denn ihre Beliebtheit basiert auf ihrer Vielseitigkeit. Für mobile als auch für stationäre Anwendungen ist die PEM-Brennstoffzelle bestens geeignet. Neben einer hohen Leistungsdichte weist sie mit 80°C eine vergleichsweise niedrige Betriebstemperatur auf.² Das macht sie insbesondere interessant für mobile Anwendungen. Im Gegensatz dazu sind SOFC-Lösungen vor allem im stationären Bereich zu finden.³ EFOY Hydrogen 2.5 Wasserstoff-Brennstoffzellen beruhen auf der PEM-Technologie. Sie leisten bereits heute einen wichtigen Beitrag zur umweltfreundlichen Energiegewinnung.

Die Brennstoffzellen-Technologie -
der CO2-neutrale Wegbereiter

Ihr Alter teilt die Brennstoffzelle in etwa mit dem der Batterie (um 1800). Sie ist nur unwesentlich älter. Das ist womöglich auch der Grund für die große Ähnlichkeit der beiden Energielieferanten. Der Aufbau der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist gleichermaßen simpel. Im Vergleich zur Batterie verfügt auch die Brennstoffzelle über zwei Elektroden: eine Anode (Pluspol) und eine Kathode (Minuspol). Um nun Strom zu produzieren, braucht es einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Diese Aufgaben übernehmen Wasserstoff und Sauerstoff. In der Wasserstoff-Brennstoffzelle reagieren sie. So entsteht Strom und als Nebenprodukte Wärme und Wasserdampf. Bereits hier liegt einer der zahlreichen Vorteile von Wasserstoff-Brennstoffzellen und der Wasserstoff-Technik. Der Wasserdampf ist weitaus umweltverträglicher als das ausgestoßene CO2 von Energiequellen, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Gleichzeitig ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle im Betrieb viel leiser und produziert weniger Abwärme. Das macht sie zu einer idealen Lösung. Sie hat somit das Potenzial, die Energieversorgung grundlegend zu verbessern.

Mehr über die Zukunft von Wasserstoffanwendungen

Wasserstoffspeicher für Industrie und Zuhause

Doch nicht nur als Quelle sauberer und zuverlässiger Energie ist Wasserstoff in Kombination mit der Wasserstoff-Brennstoffzelle das Mittel der Zukunft. Sie hilft ebenfalls dabei, eine der großen Herausforderungen der Energieversorgung zu lösen: die Strom-Speicherung. Bis 2050 soll der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix mindestens 80 Prozent betragen. Und bisher ist Deutschland auf einem guten Weg, das Ziel zu erreichen. Eine große Herausforderung besteht nun darin, den Strom dahin zu bringen, wo er gebraucht wird. Zu den Fabriken und in die Wohnhäuser. Das Ganze dann zuverlässig und unabhängig von Sonne und Wind. Speicherlösungen müssen her, die große Mengen Energie bevorraten können, gleichzeitig aber flexibel und dezentral funktionieren müssen. Der Vorteil der Wasserstoff-Brennstoffzelle im Vergleich zur herkömmlichen Batterie liegt genau hier. Es ist die hohe Energiedichte und die große Speichermenge. Bei Lithium-Polymer-Akkus liegt die Energiedichte bei 140 bis etwa 180 Wattstunden pro Kilogramm Masse (Wh/kg). Bei Wasserstoff liegt sie bei etwa 33.000 Wattstunden pro Kilogramm Masse und damit um ein Vielfaches höher.

Das macht das flüchtige Gas so interessant zum Speichern großer Mengen an Strom. Bei der Wasserstoff-Brennstoffzelle sind Energiewandler und Energieträger Wasserstoff klar voneinander getrennt. Daher kann immer wieder neu Wasserstoff zugeführt oder auch abgeleitet werden. Vereinfacht gesagt sind somit der Menge an speicherbarer Energie keine Grenzen gesetzt. Konkret kann der Wasserstoff der Brennstoffzelle für Strom aus Wind- und Solarparks als Energiespeicher fungieren. Die Wasserstoff-Brennstoffzelle übernimmt, wenn die Sonne nicht mehr scheint oder der Wind nicht mehr weht und wird so zum Wasserstoff-Stromspeicher. Auch hier kann die Brennstoffzelle als Lösung überzeugen. Geringere, aber nicht minder wichtige Anforderungen hat sie in Wohnhäusern zu erfüllen. Photovoltaik, Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle in Kombination machen Eigenheimbesitzer teilweise autark mit regenerativen Energien. Denn dabei nutzt der Elektrolyseur überschüssige Solarenergie, um Wasserstoff herzustellen und einzulagern. Kein Wunder, dass sich vermehrt private Anwender, eine Wasserstoff-Brennstoffzelle kaufen.

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H2 dabei: Die Mobilität von morgen

Ihre zahlreichen Vorteile macht die Wasserstoff-Brennstoffzelle zur perfekten Lösung für ebenso zahlreiche Anwenderbranchen. Beispielsweise als Antwort auf die Frage nach den Mobilitätskonzepten der Zukunft. Auch hier geht der Trend bereits seit Längerem weg vom Verbrennungsmotor hin zu nachhaltigen Elektro-Antrieben. Und auch hier gilt das gleiche Prinzip der Energiegewinnung. Während ein Verbrennungsmotor durch Thermodynamik, also Wärme in Bewegung umsetzt, wandelt die Wasserstoff-Brennstoffzelle den Kraftstoff Wasserstoff direkt in elektrische Energie um. Sie betreibt den Elektromotor. Dabei gilt eine einfache Gleichung: Nutzt das Fahrzeug eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, handelt es sich immer um ein Elektrofahrzeug. Und um ein effizientes dazu. Gegenüber konventionellen Verbrennungsmotoren ist der Wirkungsgrad doppelt so hoch, die Energieverluste sind gleichzeitig weitaus geringer.11 Wer sich für ein Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug entscheidet, ist zudem auch noch emissionsfrei unterwegs. Durch die kontrollierte Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entstehen neben Strom wiederum lediglich Wärme und Wasser. Bereits im Jahr 2015 haben Toyota und Hyundai jeweils ein Brennstoffzellenauto in den Markt gebracht.12

Mobilität ist ein Grundbedürfnis einer jeden modernen Gesellschaft. Eine zentrale Bedeutung kommt dabei dem öffentlichen Personenverkehr zu. Ohne ihn ist Mobilität nicht zu sichern. In Zeiten wachsenden Umweltbewusstseins steigen immer mehr Menschen buchstäblich auf Bus und Bahn um. Bereits heute spart die Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel bundesweit mehr als 15 Millionen Tonnen CO2 ein. Das entspricht etwa dem Ausstoß eines Kohlekraftwerks.13 Was einen erfreulichen Trend darstellt, wird umso erfreulicher durch eine Abnahme des Schadstoffausstoßes von Busflotten.14 Elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind bisher allerdings nahezu ausschließlich als Oberleitungsbus vorhanden. Diese Form stellt dennoch keine zukunftsfähige Alternative dar. Diese Busse sind an das Oberleitungs-Stromnetz gebunden und fahren daher ausschließlich eine festgelegte Route ab. Das macht das System unflexibel. Ein Ausbau wäre mit hohen Kosten und nur durch einen tiefen Eingriff in das Stadtbild möglich.15 Zu vermeiden ist dies bei gleichzeitiger Beibehaltung eines umweltfreundlicheren Personennahverkehrs nur mit einer nachhaltigen Lösung. Diese nachhaltige Lösung stellt erneut die Wasserstoff-Brennstoffzelle dar. Brennstoffzellenelektrische Busse verwenden ein effizientes System in Kombination mit einem Wasserstoffspeicher zur Strom­erzeugung an Bord. Von der Leistungsstärke können sich Passagiere bereits überzeugen. In der sogenannten 12-Meter-Klasse und teils auch bei 18-Meter langen Gelenkbussen sorgt die Wasserstoff-Brennstoffzelle für den umweltfreundlichen Antrieb.16

Überblick über unsere EFOY Wasserstoff-Lösungen

EFOY H₂Cabinets

Individuelle Schaltschrank­lösungen für EFOY Hydrogen Brennstoffzellen

EFOY H₂Cabinets sind schlüsselfertige Wasserstoff-Energielösungen mit integrierten EFOY Hydrogen Brennstoffzellen. Das modulare Konzept ermöglicht eine Konfiguration genau nach Ihren Anforderungen, beispielsweise als Stand-alone-System, als Netzersatzanlage oder als unterbrechungsfreie Notstromversorgung für einen Leistungsbereich von 2,5 bis 50 kW.

Zu den EFOY H₂Cabinets

EFOY H₂Genset

Mobile und emissionsfreie Strom­erzeugung mit Wasserstoff

Der H₂Genset ist ein flexibler und mobiler Stromerzeuger mit Wasserstoff-Brennstoffzellen für Areale ohne Zugang zum konventionellen Stromnetz wie z.B. auf Baustellen, bei Outdoor-Events, für temporäre Stromversorgung von Telekommunikationsmasten oder als mobile Notstromversorgung bei Großschadenslagen.

Zum EFOY H₂Genset

Einfach und bewährt:

Die Direktmethanol-Brennstoffzelle

Leise, leistungsstark und umweltfreundlich – klare Vorteile und ein deutlicher Erfolg für die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Für niedrigere Leistungsanforderungen (80 W bis 500 W) bieten wir Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC/Direct Methanol Fuel Cell). Die Direktmethanol-Brennstoffzelle funktioniert ähnlich wie die Wasserstoff-Brennstoffzelle aber als Kraftstoff benötigt sie Methanol (flüssig). Der einfache Systemaufbau sowie der leichte Austausch des Betriebsstoffs sind große Vorteile der Technologie.

Zur DMFC Technologie

Fragen und Antworten zur Wasserstoff-Brennstoffzelle

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle mit Wasserstoff?

Die EFOY Hydrogen Brennstoffzellen beruhen auf der PEM (Polymerelektrolytmembran)-Technologie. Sie produzieren den Strom aus dem Betriebsstoff Wasserstoff, ergänzt um Sauerstoff aus der Luft. Hierbei wird Wasserstoff direkt in Strom umgewandelt. Dabei entsteht neben Strom nur Wasserdampf und Abwärme.

Welche Arten von Brennstoffzellen gibt es?

Zu den am häufigsten verwendeten Arten gehören die Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane Fuel Cell; PEMFC) und die oxidkeramischen Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cell: SOFC).

Wie sicher ist Wasserstoff?

Wasserstoff wird in vielen Industriezweigen unter Einhaltung etablierter Sicherheitsstandards und -praktiken sicher hergestellt, gelagert, transportiert und in großen Mengen verwendet. Wasserstoff ist gasförmig, farblos und geruchsneutral. Wasserstoff ist unschädlich für die Umwelt und ungiftig für den Menschen.

Welche Zukunftsaussichten hat die Wasserstoff-Brennstoffzelle?

Wasserstoff-Brennstoffzellen haben das Potenzial, eine wichtige Rolle beim Übergang zu einer klimafreundlichen Zukunft zu spielen und beinhalten folgende Vorteile

  • Gewährleistung der Elektrizität als CO2-freier Energieträger, der sich leicht speichern und transportieren lässt
  • Verbesserung der Energiesicherheit, indem sie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern
  • Einsatz in den Sektoren Verkehr, Wärme und Strom. Diese sind für mehr als zwei Drittel der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. (4)

Was ist das Besondere an der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie von SFC Energy?

Die EFOY Wasserstoff-Brennstoffzellen basieren auf der PEM-Technologie (Polymer-Elektrolyt-Membran). Die Wasserstoff-Stromerzeuger erzeugen Energie mit Wasserstoff als Brennstoff, der mit Sauerstoff aus der Atmosphäre angereichert wird. Diese Technologie erzeugt ausschließlich Strom und Wasser und ist damit äußerst umweltfreundlich. Wasserstoff kann umweltverträglich mit erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne erzeugt werden und ist somit kohlenstoffneutral.

Quellen

1 http://www.diebrennstoffzelle.de/zelltypen/geschichte/index.shtml

2 Energieagentur NRW, Brennstoffzellentypen, energieagentur.nrw/brennstoffzelle/brennstoffzelle-wasserstoff-elektromobilitaet/brennstoffzellentypen#PEMFC

3 Ebenda.

4 https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/klimaschutz/klimaschutzprogramm-2030-1673578

5 https://www.bmu.de/themen/klima-energie/klimaschutz/nationale-klimapolitik/klimaschutzplan-2050/

6 Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi): „Die Nationale Wasserstoffstrategie“, Stand: Juni 2020, Berlin.

7 https://h2.live/fahren

8 https://www.euwid-energie.de/wie-wird-wasserstoff-hergestellt/

9 https://www.bmbf.de/de/wissenswertes-zu-gruenem-wasserstoff-11763.html

10 https://edison.media/erklaeren/reversible-brennstoffzellen-stromspeicher-mit-wasserstoff/23835848.html

11 https://www.enbw.com/energie-entdecken/mobilitaet/brennstoffzellenantrieb/

12 https://www.handelsblatt.com/auto/nachrichten/brennstoffzelle-toyotas-wasserstoff-autos-sind-noch-sechs-jahre-vom-massenmarkt-entfernt/25053560.html

13 https://www.t-online.de/finanzen/energie/id_68808560/co2-ausstoss-deutsche-kraftwerke-sind-die-klimakiller-europas.html

14 HA Hessen Agentur GmbH (Hrsg.),Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung: „Brennstoffzellen im öffentlichen Personennahverkehr – Elektrobusse verbessern die Lebensqualität in den Städten“, (Alexandra Huss, Marcel Corneille).

15 Ebenda.

16 Töpler, Johannes; Lehmann, Jochen (Hrsg.): „Wasserstoff und Brennstoffzelle – Technologien und Marktperspektiven“; Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 2014, Seite 69 ff.

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