Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Erdgas ist – direkt und indirekt – der häufigste Wasserstofflieferant für Brennstoffzellen. Es besteht im Wesentlichen aus Methan (CH₄). Methan lässt sich auch durch Aufbereitungsprozesse aus Biogas gewinnen. Der direkte Einsatz von Erdgas oder biogenem Methan in Brennstoffzellen ist allerdings nur bei hohen Temperaturen möglich. Bei niedrigen Temperaturen bedarf es eines vorgeschalteten Reformers.

Methan verfügt insgesamt über vier Wasserstoffatome. Das Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis ist damit günstiger als bei allen anderen Kohlenwasserstoffverbindungen. Methan ist bei Umgebungsbedingungen gasförmig und wird in der Regel in Druckbehältern gespeichert (Compressed Natural Gas = CNG). Zur Verflüssigung muss dieses Medium tiefgekühlt werden und kann dann als Flüssigbrennstoff (Liquefied Natural Gas = LNG) eingesetzt werden.

Damit Methan zum Einsatz in Niedertemperaturbrennstoffzellen verwendet werden kann, müssen die Wasserstoffatome zunächst vom Kohlenstoff getrennt werden (z. B. durch Reformierung, s. Kap. 4.2.2 Reformierung von Kohlenwasserstoffen). In Hochtemperaturbrennstoffzellen kann Erdgas direkt eingesetzt werden, weil diese über einen internen Reformer verfügen. Insbesondere für Hausenergieversorgungssysteme auf Brennstoffzellenbasis wird vorzugsweise Erdgas als Energieträger herangezogen, weil hier mit dem Gasleitungsnetz bereits eine flächendeckende Infrastruktur vorhanden ist.

Der Einsatz fossilen Methans in Brennstoffzellen ist umstritten. Technologisch und chemisch ist er ein entscheidender Schritt weg vom Mineralöl in Richtung Wasserstoff. Da das Methanmolekül nur über ein einzelnes Kohlenstoffatom verfügt, fallen weniger CO₂-Emissionen an als bei anderen fossilen Kraftstoffen. Dem stehen Methanleckagen entlang der Wertschöpfungskette gegenüber, die schwer zu quantifizieren sind. Methan ist, über einen Zeitraum von 100 Jahren betrachtet, 28-mal so klimawirksam wie CO₂, über 20 Jahre sogar 84-mal so stark. Vor allem im Bereich der Brennstoffzellenheizgeräte könnte der vorläufige Betrieb mit Erdgas aber dafür sorgen, dass Erfahrungen und Stückzahlen schneller wachsen und so die Kosten durch Skalierungseffekte sinken.