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Brennstoffzelle

ein Testbericht von IvanGrosnij2003-09-04 19:02:43 vom 04.09.2003

Empfehlung: ja

Vorteile: umweltfreundlich, emissionsfrei...

Nachteile/Kritik: wasserstoff leicht brennbar, teuer

Brennstoffzellenauto von Conrad

Diesmal ein anderes Thema: Brennstoffzellen.
Meiner Meinung nach ist Wasserstoff einer der wichtigsten Energieträger der Zukunft und wird sicherlich den fossilen Energieträgern schon bald den Rang ablaufen. Spätestens, wenn diese aufgebraucht sind ;-).

In diesem Beitrag möchte ich speziell auf die Brennstoffzellenautos der Firma Conrad eingehen.

Nun gut, die Bezeichnung Auto passt vielleicht nicht ganz. Diese „Autos“ setzen sich aus Plastik-Karosserie, zwei Achsen mit je zwei Rädern, einem kleinen Elektromotor an der Vorderachse, einem Tank für destilliertes Wasser, Auffangkanistern für Wasserstoff und Sauerstoff, die bei der Reaktion entstehen, einer Solarzelle und natürlich einer Brennstoffzelle zusammen. Die Autos sind nicht sehr groß und eignen sich daher ideal für die Verwendung als Lehrmittel in der Schule. Im Chemieunterricht kann man z.B. das Prinzip der Elektrolyse vorführen und die Schüler können selbst experimentieren.

Nun möchte ich etwas näher auf die Geschichte der Brennstoffzelle und das Prinzip der Elektrolyse eingehen.

Im Jahre 1839 entdeckte Sir William Grove(1811-1896) das der Brennstoffzelle zugrundeliegende Funktionsprinzip, die Elektrolyse. Zu jener Zeit gab es noch keine Verbrennungsmotoren, geschweige denn Autos. Vielmehr wurde Wasserdampf verwendet, um Maschinen zu betreiben. Obwohl Groves Prototyp funktionsfähig war, wurde die Erfindung verkannt, da durch die Entwicklung der Drehstromgeneratoren durch Walter von Siemens eine bessere Lösung der Energiefrage darstellte.
Erst in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde die Idee wieder aufgegriffen. Der Kalte Krieg hatte begonnen und in der Raumfahrt und Militärtechnik wurden kompakte und dennoch leistungsfähige Energiequellen benötigt und da in U-Booten und Raumfahrzeugen keine Verbrennungsmotoren verwendet werden können, war die Brennstoffzelle eine gute alternative.
Erst in den letzten Jahren wurde die zivile Nutzung der Brennstoffzelle immer interessanter.
Der Wirkungsgrad wurde auf bis zu 60 % gesteigert und die Stromversorgung der Brennstoffzellen kann durch umweltfreundliche Solaranlagen gewährleistet werden.
Und in Zeiten von Klimawandel und Treibhauseffekt ist es gut eine schadstofffreie Alternative zu den fossilen Energieträgern zu haben.

Zum Prinzip der Elektrolyse:
Es gibt zwei Möglichkeiten der Elektrolyse. Der Hoffmann´schen Gasentwickler ähnelt dem Versuchaufbau Groves. Er besteht aus zwei Platinelektroden, die jeweils von einem Glaszylinder umgeben sind. Diese sind mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt. Legt man nun eine geringe elektrische Spannung an, finden an den Platinelektroden elektrochemische Reaktionen statt. An der Anode erfolgt eine Oxidation, bei der Sauerstoff entsteht, an der Katode erfolgt eine Reduktion, bei der Wasserstoff entsteht.
Wenn man nun das Ventil des Zylinders mit dem Wasserstoff aufdreht und ihn mit einem Reagenzglas auffängt, kann man mit der Knallgasprobe nachweisen, dass Wasserstoff entstanden ist. In diesem Sinne wurde bei der Elektrolyse, die elektrische Energie in die potentielle Energie des Wasserstoffs umgewandelt.

Als nächstes möchte ich etwas speziell zu den Brennstoffzellenautos sagen.
Wenn man sich den Experimentierkasten von Conrad kauft, liegt noch ein langer Weg vor einem, bis die Brennstoffzelle läuft. Denn in dem Kasten, der mit 138 € ziemlich teuer ist, befinden sich nur Einzelteile, die man erst noch zusammenbauen muss.
Ein Vorteil ist, dass neben den Bauteilen für das Brennstoffzellenauto auch eine Beschreibung von x Versuchen mit dem Auto beiliegt. Darin werden verschiedenste Versuche zum Thema Elektrolyse genau beschrieben, was auch für die Verwendung als Lehrmittel spricht. Die Zelle an sich kann in beide Richtungen betrieben werden, d.h. es kann einerseits Wasser gespalten werden, andererseits ist es auch möglich, die Reaktion umzukehren, wobei sich dann Wasserstoff und Sauerstoff wieder zu Wasser verbinden.
Die zur Elektrolyse nötige Spannung wird durch eine Solarzelle produziert.
Bis der Wasserstofftank gefüllt ist dauert es in etwa 10 Minuten

Ich denke, nur aus Spaß sollte man sich so ein Brennstoffzellenauto nicht zulegen, auch wenn es gut demonstriert, wie Elektrolyse funktioniert. Dagegen spricht allein schon der Preis.

Tipps: Wer eine Brennstoffzelle betreiben will, sollt destilliertes Wasser verwenden, da es sonst zu Verkalkung kommt, was den Wirkungsgrad beeinträchtigt. Ansonsten erhöht sich der Wirkungsgrad mit jeder Benutzung geringfügig.

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