Klimawandel: Die Zeit der Brennstoffzelle ist gekommen
Der Klimawandel ist für uns immer deutlicher zu spüren: In den Gebirgsketten schmelzen die Gletscher, in der Arktis und Antarktis die Eisflächen. Der Meeresspiegel steigt langsam, Starkregen und Dürren treten immer häufiger auf und die Luftqualität verschlechtert sich zunehmend. Die Auswirkungen des Klimawandels sind verheerend.
Was können wir dagegen tun? Diese Frage wird für uns immer bedeutender. Die Diskussion um Diesel als Kraftstoff und überschrittene Grenzwerte für Stickoxide insbesondere in Städten ist aktuell wie nie. Die Suche nach alternativen Antrieben und umweltfreundlicheren Kraftstoffen nimmt zu. So legen Automobilhersteller den Fokus noch stärker auf die Entwicklung von ganzheitlichen und nachhaltigen Automobilkonzepten und schaffen Antriebe, die im besten Fall sogar ohne jegliche Emissionen von Schadstoffen auskommen: Für einen verbesserten Klimaschutz.
Ein Ansatz für umweltfreundliches Fahren sind Fahrzeuge, die mit Brennstoffzellen betrieben werden. Ihre einzige Emission ist Wasser, wodurch sie zum potenziellen Auto der Zukunft werden. Das funktioniert jedoch nur, wenn dafür grüner Wasserstoff genutzt wird – also Wasserstoff, der durch erneuerbare Energien wie Wind oder Sonne produziert wird. Denn nur dann ist er CO₂-frei und tatsächlich neutral für das Klima.
Aufbau und Funktion einer Brennstoffzelle (Fuel Cell)
Die kleinste Untereinheit einer Brennstoffzellen-Einheit, die einzelne Zelle, besteht aus einer Elektrolyt-Membran, einer negativen und einer positiven Elektrode sowie zwei Separatoren. Brennstoffzellen gehören zu den galvanischen Zellen.
Eine einzige Brennstoffzelle erzeugt nur geringe elektrische Energie von einem Volt. Das reicht nicht aus, um ein Auto mit Brennstoffzellen-Antrieb zu bewegen. Deshalb sind für einen Fahrzeugantrieb mehrere Hundert von Brennstoffzellen notwendig. Sie bilden zusammen eine Brennstoffzellen-Einheit, den Fuel Cell Stack. Die Fuel Cell, auf Deutsch Brennstoffzelle, wird nicht nur in der Autoindustrie genutzt. Fuel Cells werden ebenso zum Lieferanten von Energie für Gebäude, um sie mit Wärme und Strom zu versorgen.
Eine Brennstoffzelle erzeugt elektrische Energie durch ein chemisches Verfahren. Die Basiselemente dieses Prozesses sind Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff gelangt zur negativen Elektrode, wo er auf einem Katalysator aktiviert wird. Elektronen setzen sich frei und wandern zur positiven Elektrode. Dabei entsteht ein elektrischer Strom. Die Wasserstoff-Atome verwandeln sich durch die Abgabe der Elektronen in Wasserstoff-Ionen. Die Ionen fließen durch die Polymer-Elektrolyt-Membran zur negativen Elektrode. Dort entsteht aus Sauerstoff, Wasserstoff-Ionen und Elektronen durch eine chemische Reaktion schließlich Wasser.
Der Antrieb des Mirai besitzt neben der Brennstoffzellen-Einheit eine leistungsstarke Batterie. Der Mirai ist daher ein Hybridfahrzeug mit einem Antrieb, der eine Brennstoffzellen-Einheit und eine Batterie miteinander kombiniert. Die Batterie unterstützt beim Anfahren und Beschleunigen den Brennstoffzellen-Antrieb.