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Brennstoffzellen als Mobilitätsoption: Fortschritte und Perspektiven

Mit der direkten elektrochemischen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie stellen Brennstoffzellen eine vielversprechende Lösung für elektrische Mobilität dar. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor mit Generator ist die PEM-Brennstoffzelle kompakter bei vergleichbarer spezifischer Leistung. Die PEM-Brennstoffzelle ist heutzutage eine ausgereifte Technologie, wobei Kosten, Lebensdauer und Zuverlässigkeit drei Hauptkriterien für den kommerziellen Erfolg und die Akzeptanz sind, in denen ein Brennstoffzellensystem besser sein muss als ein herkömmliches System.

Die Kosten eines PEM-Systems werden auf Zellebene durch den Katalysator und die Membran bestimmt. Der Stapel hat jedoch nur einen Anteil von circa 40 % an den Gesamtkosten, die damit zum größeren Teil durch die Nebenaggregate bestimmt werden. Letztere sind auch die „Achillesferse“ bei der Zuverlässigkeit. So führen Probleme mit Lüftern, Kompressoren und Undichtigkeiten am häufigsten zu einer Abschaltung des Systems. Die Kernkomponente, der Stapel, arbeitet dagegen meist zuverlässig über die geforderten Betriebsstunden und ist wartungsfrei.

Die Technologieziele für die PEM-Brennstoffzelle von 2009 für das Jahr 2020 sowie die langfristigen Ziele des „Fuel Cell Technologies Office“ im „US Department of Energy“ wurden bereits in 2015 erreicht und teilweise übertroffen, wie zum Beispiel die Leistungsdichte des Stapels und Systems oder die geforderte Betriebsdauer. Der kommerzielle Durchbruch erfordert jedoch ein leistungsfähiges Gesamtsystem mit einer entsprechenden Wasserstoff-Infrastruktur. Ein solches wird im Rahmen urbaner Mobilität bereits erprobt. Im Gesamtbild der Klimawirkung des Luftverkehrs werden am Bauhaus Luftfahrt die langfristigen Technologiepotenziale auf allen Hierarchieebenen der Integration neu bewertet, von der Effizienz des Stapels bis zum techno-ökonomischen Potenzial des Gesamtsystems.

  • Gravimetrische und volumetrische Leistungsdichte: Aktueller Stand der Technologie 2018 von PEM-Brennstoffzellenstapeln in verschiedenen Leistungsklassen im Vergleich zu den Technologiezielen des „US Department of Energy“Gravimetrische und volumetrische Leistungsdichte: Aktueller Stand der Technologie 2018 von PEM-Brennstoffzellenstapeln in verschiedenen Leistungsklassen im Vergleich zu den Technologiezielen des „US Department of Energy“
  • Erfüllung der Technologieziele: Multi-Kriterien-Darstellung des Istzustandes (2015) von PEM-Brennstoffzellen (Bestwerte) gegenüber den Department-of-Energy 2020-Zielen und langfristigen AmbitionenErfüllung der Technologieziele: Multi-Kriterien-Darstellung des Istzustandes (2015) von PEM-Brennstoffzellen (Bestwerte) gegenüber den Department-of-Energy 2020-Zielen und langfristigen Ambitionen