Wasserstoff-Brennstoffzellen werden mit Wasserstoff betrieben. Das klingt einfach genug. Das Problem ist, dass Wasserstoff in seiner elementaren Form auf der Erde nicht existiert. Es ist das häufigste Element im Universum. Hier ist es in Verbindungen eingeschlossen. Um es nutzen zu können, muss man es aus fossilen Brennstoffen oder Wasser gewinnen. Diese Gewinnung erfordert Energie. Hitze. Licht. Strom. Sie benötigen eine externe Quelle, um den Wasserstoff freizusetzen.
Dies stellt eine große Hürde für Automobilanwendungen dar. Man kann nicht einfach eine reine Wasserstoffader im Boden anzapfen. Den Treibstoff muss man erst herstellen.
Effizienz mit reinem Wasserstoff
Einige Brennstoffzellen verwenden reinen Wasserstoff. Der Wasserstoff wurde extrahiert, bevor er überhaupt in das System gelangte. Diese Methode ist effizient. Eine reine Wasserstoff-Brennstoffzelle erreicht im Allgemeinen einen Wirkungsgrad von 80 Prozent. Das bedeutet, dass 80 Prozent des Energieinhalts des Wasserstoffs direkt in Strom umgewandelt werden.
Aber Elektrizität dreht keine Räder. Es muss mechanische Energie werden. Wenn Sie diesen Umwandlungsschritt berücksichtigen, sinkt die Gesamteffizienz. Vom Wasserstoff bis zur mechanischen Bewegung arbeitet eine reine Wasserstoff-Brennstoffzelle mit einem Wirkungsgrad von etwa 64 Prozent. Es ist kein perfektes System. Aber es ist der Standard für Hochleistungsfahrzeuge mit sauberer Energie.
Die Reformer-Komplikation
Nicht alle Systeme verwenden reinen Wasserstoff. Einige verlassen sich auf einen Wasserstoff-Kraftstoffreformer. Dieses Gerät sitzt zwischen der Brennstoffquelle und der Brennstoffzelle. Es zieht Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen oder Alkoholen. Anschließend wird der Wasserstoff in die Zelle eingespeist.
Der Reformer muss hart arbeiten. Es muss den Wasserstoff reinigen. Es muss den Brennstoff von der Wärme und den Nebenproduktgasen trennen, die während des Reformierungsprozesses entstehen. Selbst mit fortschrittlicher Technik ist die Produktion nicht so rein wie die direkte Wasserstoffversorgung.
Da der Wasserstoff weniger rein ist, leidet das System. Die Gesamtenergieeffizienz einer Brennstoffzelle, die einen Wasserstoff-Brennstoffreformer erfordert, ist niedriger als die einer Brennstoffzelle, die mit reinem Wasserstoff betrieben wird. In der Reformierungsphase verlieren Sie Energie. Sie verlieren es in der Reinigungsphase. Sie verlieren es bei der Konvertierung.
Lohnt sich der Kompromiss? Vielleicht. Wenn Sie über einen stetigen Vorrat an Benzin oder Ethanol verfügen, können Sie mit einem Reformer ein Wasserstofffahrzeug ohne reine Wasserstoffinfrastruktur bauen. Aber die Effizienz leidet. Der Reformer ist in manchen Zusammenhängen ein notwendiges Übel. In anderen Fällen handelt es sich lediglich um einen Engpass.
Die Wissenschaft ist klar. Reiner Wasserstoff gewinnt an Effizienz. Aber die Infrastruktur ist chaotisch. Wir überlegen immer noch, wo wir die Pumpen platzieren sollen. Und wie man die Reformer besser macht. Die Kluft zwischen Laborspezifikationen und realen Straßen bleibt groß.
