Mehr Fahrtwind für die Elektromobilität  

Betreibt man den Elektrolyseur in der Nähe eines Windparks, hat Wasserstoff noch einen weiteren wichtigen Nutzen: Liefert der Wind einmal mehr Energie, als gerade in das Stromnetz eingespeist werden kann oder als benötigt wird, kann dieser überschüssige Strom zur Elektrolyse verwendet werden. Das Ergebnis ist Wasserstoff.  

Der Wasserstoff übernimmt als Stromspeicher eine wichtige Pufferfunktion. Wird der Strom später wieder benötigt, kann der Prozess umgekehrt werden: Der Wasserstoff reagiert in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff zurück zu Wasser. Der ursprünglich eingesetzte elektrische Strom wird dabei wieder freigegeben.  

Dieser Lösungsansatz ist optimal, um das nur schwer prognostizierbare Windaufkommen zu kanalisieren. Wenn genügend Wind vorhanden ist, löst Strom aus Wind andere Energiequellen zur Stromproduktion ab – ein Vorgang, der Planung erfordert. Stimmt die Prognose nicht oder „verspätet“ sich der Wind, müssen kurzfristig andere Energiequellen aktiviert werden, und Potentiale bleiben ungenutzt. Eine Alternative dazu ist, Wind sozusagen durch Elektrolyse in Wasserstoff zu speichern. Der Wasserstoff kann dann zum Beispiel in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung oder in Mobilitätsanwendungen eingesetzt werden.

Elektrolyse

Wie funktioniert die Wasserspaltung?

Ein Elektrolyseur spaltet Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf. Der Prozess, bei dem Stoffe mithilfe elektrischen Stroms zerlegt werden, wird Elektrolyse genannt.  

• Dem Elektrolyseur wird der Ausgangsstoff Wasser zugeleitet und eine elektrische Spannung angelegt.
• Am Minuspol – der Kathode – werden Elektronen abgegeben. Hier werden aus Wasser OH--Ionen und Wasserstoff. Die Ionen wandern durch eine nur für sie durchlässige Schicht – die Elektrolytmembran – und geben am Pluspol – der Anode – die überschüssigen Elektronen wieder ab.
• Es entsteht Sauerstoff und etwas Wasser. Wie eine Haut überzieht der Wasserstoff die Kathode und der Sauerstoff die Anode: Fertig ist die Wasserspaltung. Der Wasserstoff wird in einer Lauge aufgefangen und schließlich in Separatoren in seine reine Form gefiltert.

Brennstoffzelle

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

In der Brennstoffzelle wird die in Wasserstoff gespeicherte Energie wieder zurückgewonnen. Im Prinzip läuft der Prozess wie im Elektrolyseur ab (Energie spaltet Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff) – nur eben rückwärts: Dem Wasserstoff wird Sauerstoff aus der Umgebungsluft zugeführt und es entstehen elektrischer Strom und Wasser. Der elektrische Strom wird anschließend in einen Elektromotor gespeist, der das Fahrzeug antreibt.  

Eine Brennstoffzelle ist wie ein Sandwich aufgebaut: Zwischen zwei Schichten aus Anode (Pluspol) und Kathode (Minuspol) liegt eine Elektrolytschicht. Dieser Aufbau wiederholt sich dutzend- bis hundertfach und wird in einem Paket zusammengefasst.  

• Leitet man auf der Anodenseite Wasserstoff ein (aus dem Autotank) und auf der Kathodenseite Sauerstoff (aus der Umgebungsluft), dann reagieren beide elektrochemisch zu Wasser. An der Anode wird der molekulare Wasserstoff (H2) aufgespalten in Elektronen und Wasserstoff-Ionen (H+), die nur noch aus einem Proton bestehen.
• Die H+-Ionen wandern durch die Elektrolytmembran auf die Seite des Sauerstoffs. Die Elektronen wandern von der Anode durch einen elektrischen Leiter zur Kathode.
• Dieser Stromfluss treibt den Elektromotor an. Auf der Kathodenseite verbinden sich Sauerstoff, Elektronen und H+-Ionen zu H2O, also Wasser. Wasser ist das einzige Abfallprodukt bei einem Elektroauto mit Brennstoffzelle.