Kohle-Brennstoffzelle auf dem Prüfstand

Einem Forscherteam um George Whitesides von der Harvard-University in Cambridge ist es gelungen, ein Modell einer mit Kohle betriebenen Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle zu entwickeln. Die Wissenschaftler haben damit gezeigt, dass es Alternativen zu den Hochtemperatur-Zellen geben könnte, die bisher als Ansatz der Wahl galten, berichtet die Gesellschaft Deutscher Chemiker, in der Fachpublikation „Angewandte Chemie International“.

Im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsvorgängen, bei denen Kohle, Erdöl oder Erdgas mit Luftsauerstoff verbrannt werden, die Wärmeenergie anschließend mit Wasser verdampft wird und eine Turbine antreibt, werden bei einer elektrochemischen Zelle die Elektronen direkt aus der chemischen Reaktion „abgezapft“, ohne dass der Brennstoff verbrannt werden muss. Das macht den Prozess sauberer. Bisherige Brennstoffzellen-Entwicklungen arbeiten mit Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden muss, Methanol oder Methan.

Das Team um Whitesides hat Kohlepulver in Schwefelsäure aufgeschlämmt und dreifach positiv geladene Eisenionen zugegeben. Die Eisenionen reagieren mit der Kohle, dabei entstehen CO2 und eine reduzierte Form der Eisenionen. Die Eisenionen, jetzt nur noch zweifach geladen, geben ihr zusätzliches Elektron über eine Elektrode, die Anode, an den Stromkreis ab und stehen dann wieder zur Verfügung. Ein lösliches System, das auf Vanadiumionen basiert, diente den Forschern als zugehörige kathodische Halbzelle. Bei 100 Grad Celsius lieferte dieser Prototyp tausend Stunden lang Strom ohne einen Leistungsabfall.

„Die Versuche, Strom ohne Verbrennung aus Kohle zu gewinnen, reichen lange zurück, waren bisher jedoch nicht sehr erfolgreich“, bestätigt Viktor Hacker, Brennstoffzellen-Experte an der TU-Graz. Außerdem sei das System wie es beschrieben ist, tatsächlich umweltfreundlich, da Stickoxide wegfallen. Lediglich geringe Mengen von CO2 entstehen dabei. Probleme sieht Hacker allerdings bei der Kohle per se. „Kohle ist zu wenig aktiv und eines der wesentlichen Fragen ist die Geschwindigkeit der Energierzeugung“, so Hacker. Tatsächlich handelt es sich um einen kleinen Schritt. „Es wäre ein Traum mit einem Festbrennstoff eine Brennstoffzelle zu betreiben.“ Ähnlich kritisch äußert sich der Brennstoffzellen-Forscher Karl Kordesch von der TU-Graz. Von einer praktischen Einführung sei dies meilenweit entfernt. „Das wesentliche ist, dass Reaktionen bei 100 Grad zu langsam sind, daher ist die Stromdichte zu gering“, so Kordesch. „Die Thermodynamik ist immer richtig, das Wesentliche ist jedoch die Kinetik. Diese entscheidet was geschieht“, zitiert Kordesch einen alten Lehrsatz der Physik. Hinzu komme noch der Preis.