Brennstoffzellen: Der Traum vom Akku-Füll-Dich

Brennstoffzellen gelten als die Energieträger des 21. Jahrhunderts. Und nicht im Auto, sondern in der Akten- oder Hosentasche werden Verbraucher wahrscheinlich auf die ersten Kleinkraftwerke treffen, die Marktreife erreicht haben. Mit Alkohol oder Wasserstoff als Treibstoff sollen in nicht allzu ferner Zukunft Notebooks und Handys laufen. Geht den Geräten der Saft aus, füllt man einfach nach. Mit dem Kabelwirrwarr in der Reisetasche und der Suche nach der nächsten Steckdose wäre dann Schluss.

Anfang Oktober stellte der japanische Elektronikkonzern Toshiba zwei MP3-Player mit DMFC-Brennstoffzellen vor, die Methanol-Alkohol als Treibstoff nutzen. Das größere Gerät hat eine Festplatte und eine Kantenlänge von mehr als zwölf Zentimetern. Die Brennstoffzelle hat einen Zehn-Milliliter-Tank. Das garantiert laut Toshiba Laufzeiten von bis zu 60 Stunden. Das kleinere Gerät ist nicht größer als ein Kaugummipäckchen, hat einen Flash-Speicher und fasst 3,5 Milliliter Treibstoff, was für 35 Stunden Musikgenuss reichen soll. Vor 2007 ist aber laut Toshiba nicht mit einer Markteinführung zu rechnen.

Drucker, Kameras, Handys und MP3-Player will der japanische Foto- und Elektroriese Canon künftig mit so genannten PEM-Brennstoffzellen antreiben. Ein Prototyp wurde Anfang November in Tokio vorgestellt. Im Gegensatz zu vielen Mitbewerbern setzen die Canon-Entwickler auf Wasserstoff als Energieträger, der in einem Tank gelagert wird. Darin befindet sich festes Metallhydrit, welches das Wasserstoffgas wie ein Schwamm aufsaugt und bindet. Wird die Verbindung erwärmt, wird der Wasserstoff freigesetzt. Bei Vertragshändlern sollen Kunden ihre leeren Tankkartuschen später wieder aufladen können.

Drei Technologien für Brennstoffzellen

Die Energiegewinnung von Brennstoffzellen beruht auf der Knallgasreaktion von Wasser- und Sauerstoff. Kommen beide Elemente zusammen, reagieren sie explosionsartig miteinander. Ein Teil Sauerstoff und zwei Teile Wasserstoff ergeben ein Teil Wasser. In einer Brennstoffzelle läuft die Reaktion kontrolliert ohne Explosion ab. Die dabei frei werdende Energie kann als Strom genutzt werden.

Von der Schulbuch-artigen Reaktion weichen die eingesetzen Brennstoffzellentechnologien jedoch aus Sicherheitsgründen und wegen Problemen mit der Lagerung des gasförmigen Wasserstoffs ab. Nach Angaben der Initiative Brennstoffzelle (IBZ) in Essen haben sich im Bereich der Mikroanwendungen zwei unterschiedliche Technologien etabliert: Polymer-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC), die mit gasförmigem Wasserstoff betrieben werden, und Direktmethanolbrennstoffzellen (DMFC), bei denen Methanol als Brennstoff direkt in der Zelle umgesetzt wird.

Als drittes System werden PEM-Brennstoffzellen verwendet, die mit Methanol betankt werden, das in einem so genannten Reformer zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt wird. Für den Treibstoff Methanol spricht, dass er leicht zu handhaben und flüssig ist.

Laut IBZ haben viele andere Elektkronik-Unternehmen unter anderem Sony, NEC, NTT DoCoMo und Hitachi in der Vergangenheit schon Brennstoffzellenhandys oder -kameras vorgestellt. Ein marktreifes Produkt haben sie aber alle noch nicht zu Wege gebracht.

Der Weg zum reifen Produkt ist lang

Einen Prototypen mit neuem Energiekonzept auf einer Messe vorzustellen, ist laut Experten etwas anderes als das Entwickeln eines ausgereiftes Produktes. Weil Geräte mit Brennstoffzellen anfangs deutlich teurer sein dürften als Konkurrenzprodukte mit herkömmlicher Technik, reiche es nicht, Akkus durch Brennstoffzellen ersetzen zu wollen, sagt der Ingenieur Robert Hahn vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM [Link entfernt] ) in Berlin. Er hat Minibrennstoffzellen entwickelt, die nur wenige Kubikzentimeter groß sind und eine höhere Energiedichte als Batterien besitzen.

Wenn sich Verbraucher für die neue Technik begeistern sollen, müssen Brennstoffzellen auch einen Mehrwert bieten und deutlich länger Strom liefern als die bisher eingesetzten Lithium-Ionen-Akkus. Als Schwelle für die Marktreife gilt dem Experten zufolge die dreifache Energiedichte: Bei gleicher Baugröße liefert die Brennstoffzelle dreimal länger Strom. Oder der dreifache Verbrauch ist in gleicher Zeit möglich, was in Zukunft für stromfressende Anwendungen wie Fernsehen am Handy von Nutzen sein wird.

In zehn Jahren könnten laut Robert Hahn Energiedichten erreicht werden, die fünf- bis zehnfach über der Energiedichte von Batterien liegen. "Die Energiedichte ist aber nicht alles. Eine Brennstoffzelle muss mehrere Jahre halten und auch bei verschiedenen Temperaturen laufen."

Der Weg zum reinen Brennstoffzellen-Notebook läuft nach Ansicht von Pieter Bots, Marketingvorstand beim Brennstoffzellenspezialisten SmartFuelCell (SFC) in München, zunächst über externe Brennstoffzellen. An eine solche Stromquelle kann das Notebook wie an eine Docking-Station angeschlossen werden. "Damit lassen sich alle auf dem Markt befindlichen Notebooks antreiben." Professionelle Anwender, die häufig mit ihrem Computer abseits der Stromnetze unterwegs sind, dürften die ersten Kunden sein.