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Alternative Antriebe - Referat
Die Auswirkungen des Klimawandels sind überall spürbar. Auch Europa ist davon betroffen, wie die Dürren im letzten Sommer oder diverse Starkregen in vielen Städten, auch in Nordrhein-Westfalen, wie gezeigt haben.
Großen Anteil am Klimawandel hat der Straßenverkehr mit dem Ausstoß von Co2 durch das Verbrennen von Benzin und Diesel im Verbrennungsmotor.
Derzeit befinden wir uns in einer Zeit der Veränderung. Weltweit wurde das Ende des Verbrennungsmotors bereits eingeläutet und es ist nur noch eine Frage der Zeit wann es soweit sein wird. In verschiedenen europäischen Ländern wird bereits über ein Verbot von Verbrennungsmotoren diskutiert. In Norwegen sollen ab 2025 nur noch emissionsfreie Autos verkauft werden. In China wurden im Jahr 2017 knapp 800.000 rein batteriegetriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge zugelassen. Im Jahr 2018 werden es über 1.000.000 emissionsfreie Fahrzeuge sein. In Deutschland fordern „Die Grünen“ ein Verbot des Verbrennungsmotors ab 2030.
Es wird deswegen immer wichtiger unsere Mobilität in Hinsicht auf die Antriebsart zu ändern. Der elektrische Antrieb scheint sich als Alternative zum Verbrennungsmotor bereits durchgesetzt zu haben.
Wenn man vom E-Auto spricht, meint man, dass Elektroauto mit einem Batteriespeicher als Quelle für den Antrieb, der einen Elektromotor antreibt. Doch Zweifel an dieser Technologie, sind auf Grund der geringen Reichweite, fehlender Ladestationen und langer Ladezeiten angebracht. Die Herstellung der Batterien, ist extrem energieaufwendig. Ein damit angetriebenes Elektrofahrzeug muss ca. 3 bis 5 Jahre fahren, um eine bessere Co2 Bilanz aufweisen zu können, als ein sparsamer Diesel der Euronorm 6.
Problematisch ist auch der Abbau der Erze, zur Gewinnung der „seltenen Erden“, die in den Akkus verbaut werden und in China und Afrika mit hochgiftigen Chemikalien aus der Erde gewaschen werden. Mit erheblichen Folgen für die Umwelt. Die Frage der Entsorgung bzw. des Recycelns großer Mengen an Altbatterien ist noch nicht geklärt.
Die Mischform des „Hybridantriebs“ (Kombination aus Verbrennungsmotor mit E-Antrieb) stellt nach Ansicht von Experten nur eine Brückentechnologie dar und wird spätestens mit dem Verbot von Verbrennungsmotoren künftig keine Rolle mehr spielen. Eine alternative könnte der Antrieb von Fahrzeugen mit Brennstoffzelle sein.
Geschichte der Brennstoffzelle
Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde schon 1842 durch den englischen Physiker William Robert Grove im Labor entwickelt. Die Weiterentwicklung dieser Erkenntnisse scheiterte jedoch auf Grund von Materialbeschaffungen. In den 60-iger Jahren wurden dann Brennstoffzellen erstmals in Satelliten des amerikanischen Raumfahrtprogramms und später auch bei Apollo 11 zur Stromversorgung eingesetzt. Die Entwicklung der Brennstoffzellentechnologie galt damals als der Hoffnungsträger für die Antriebsform der Zukunft.
Das erste Brennstoffzellenfahrzeug wurde 1966 von General Motors vorgestellt. In dem umgebauten Van, der ursprünglich für 6 Personen ausgelegt war, fanden auf Grund der Größe der Brennstoffzelle nur 2 Personen Platz. Mit dem NECAR 1 präsentierte Daimler-Benz 1994 einen umgebauten Lieferwagen mit Brennstoffzelle. Auch die war so groß, dass die gesamte Ladefläche damit ausgefüllt wurde. Es folgten weitere Versuchsfahrzeuge. Auch in Bussen verschiedener Hersteller kamen Brennstoffzellen zum Einsatz. Die ersten Serienfahrzeuge mit Wasserstoffantrieb sollten ab 2004 auf den Markt kommen. Es blieb aber lediglich bei Ankündigungen.
Aufbau und Funktion
Der Aufbau der Brennstoffzelle ist relativ einfach und ähnelt dem Aufbau einer Batterie.
Zwei Platin-beschichte Bipolarplatten (Anode und Kathode) sind durch eine Membran, dem sogenannten Elektrolyt voneinander getrennt. Dieser Elektrolyt besteht aus einer, ca. 0,1 mm dicken, gasdichten Folie, damit Wasserstoff und Sauerstoff nicht direkt miteinander reagieren können.
Wird der im Fahrzeugtank mitgeführte Wasserstoff der Anode der Brennstoffzelle zugeführt, kommt es zu einer chemischen Reaktion. Die Platinbeschichtung der Platten wirkt als Katalysator und bewirkt, dass das neutrale Wasserstoffatom in ein Proton und ein Elektron zerlegt wird. An der Anode befinden sich freie, bewegliche Elektronen und Protonen. Durch die Protonendurchlässige Membran gelangen die Protonen (H+) auf die Sauerstoffseite, der Kathode, wo sie sich mit Sauerstoff anreichern was dazu führt, dass sich die Kathode positiv auflädt. Solange Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt werden, bildet sich zwischen den Elektroden eine elektrische Spannung, mit der eine große Menge Energie erzeugt wird. Diese elektrochemische Reaktion bezeichnet man auch als „kalte Verbrennung.“ Als Abfallprodukt entsteht Wasserdampf. Die Brennstoffzelle ist also kein Energiespeicher, sondern wandelt den mitgeführten Wasserstoff in elektrischen Antrieb um. Die so erzeugte elektrische Energie reicht um den Elektromotor des Wagens anzutreiben.
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