Saubere Energie aus dem Silicon Valley

In einer Großveranstaltung auf dem eBay-Campus in San Jose hat das Unternehmen Bloom Energy einen Generator vorgestellt, der billige Energie dezentral, mit geringen Emissionen und unabhängig von fossilen Brennstoffen erzeugen soll. Momentan stellt Bloom Energy pro Tag eines dieser "Bloombox" genannten Geräte her, die 700.000 bis 800.000 US-Dollar kosten, und, nach Tests der University of Tennessee, im Vergleich zu herkömmlichen Gasbrennern den doppelten Wirkungsgrad bei 60 Prozent weniger Emissionen erreichen sollen. In spätestens zehn Jahren, verspricht das Unternehmen, soll eine Version für Einfamilienhäuser unter 3000 Dollar zu haben sein.

„Sie sind es gewohnt, mit Milliarden umzugehen“, beginnt K.R. Sridhar angeblich gern seine Gespräche mit Investoren. „Doch dieser Markt hat Billionen-Potential.“ Inzwischen hat Sridhars Start-Up „Bloom Energy“ rund 400 Millionen US-Dollar von High-Tech-Investoren wie Kleiner Perkins eingesammelt. Allein 2008 soll er 85 Millionen davon verbraucht haben, ohne nennenswerte Einnahmen zu erzielen. Aber die Investoren halten weiter zu ihm, und den ehemaligen US-Außenminister Colin Powell konnte er als Aufsichtsratsmitglied gewinnen. Doch was genau seine in Sunnyvale/Kalifornien beheimatete High-Tech-Schmiede machte, verstand der ehemalige NASA-Berater Sridhar acht Jahre lang recht geschickt geheimzuhalten. Auf seiner Website fand sich nicht viel mehr als ein Foto der Erde aus dem Weltall sowie eine rückwärts zählende Uhr. Deren Countdown endete am Mittwochabend gegen 20 Uhr deutscher Zeit.

Neben Powell hatte auch Gouverneur Arnold Schwarzenegger seine Teilnahme an der Präsentation zugesagt. Bereits am Wochenende wurde bekannt, dass benachbarte Silicon-Valley-Unternehmen wie Google und eBay die Kästen, groß wie ein überdimensionaler Kühlschrank, bereits seit bis zu 18 Monaten einsetzen und offenbar hochzufrieden sind.

Kern der Bloombox ist eine Festoxidbrennstoffzelle. Die hatte der in Indien geborene Wissenschaftler ursprünglich einmal als Direktor des Raumfahrtlabors der University of Arizona entwickelt. Mit Hilfe von Sonnenenergie sollte sie auf dem Mars gefundenes Wasser spalten und damit Sauerstoff zum Atmen sowie Wasserstoff als Treibstoff bereitstellen. In einem nachdenklichen Moment, so jedenfalls die Legende, kam Sridhar darauf, daß er diesen Prozess nicht nur umkehren könne, um auf der Erde aus Sauerstoff und Wasserstoff Energie zu erzeugen. Vielmehr ermöglicht gerade die Umkehrbarkeit es der BloomBox, am Tage mit Wind- und Sonnenergie Wasserstoff und Sauerstoff zu generieren und zu speichern, aus denen sie nachts oder bei Windstille Energie erzeugt. Außerdem könnten BloomBoxes als dezentrale Wasserstofftankstellen für Fahrzeuge dienen.

Festoxidbrennstoffzellen, nach dem englischen Begriff „Solid Oxide Fuel Cell“ als SOFC abgekürzt, erzeugen aus Brennstoffen wie Wasserstoff, Erdgas oder sogar Diesel durch Oxidation Strom. SOFCs können neben Wasserstoff auch andere Brennstoffe verarbeiten, die dank der hohen Temperatur direkt in der Anode reformiert werden. Auch auf Platin als Katalysator können SOFCs verzichten. Bisher wurden SOFC häufig in Röhrenform gebaut, was konstruktive Vorteile bietet, indem es zum Beispiel die Abdichtung der Gasräume zueinander vereinfacht. Doch sie eignet sich nicht für hohe Leistungen. Sridhar verwendet in seiner BloomBox Flachzellen, die als hohe Stapel rund um eine zentrale Achse angeordnet sind.

Ein Nachteil der SOFC ist, dass sie bei hohen Temperaturen arbeiten, typischerweise zwischen 500 und 1000 Grad Celsius. Dies stellt hohe Herausforderungen an die verwendeten Materialien, deren Ausdehnungskoeffizienten unter Hitze möglichst dicht aufeinander abgestimmt sein müssen, um Materialbrüche zu vermeiden. Je dünner das verwendete Elektrolyt, desto niedriger wird allerdings die zum Betrieb der SOFC benötigte Temperatur.

Anders als Membran-Brennstoffzellen verwenden SFOCs als Elektrolyt ein festes Oxid. Meistens ist das mit Yttrium dotierte Zirkoniumdioxid (YSZ), ein keramischer Werkstoff, der aus Sand hergestellt und in der BloomBox in Form dünner Plättchen von etwa 10 mal 10 Zentimer eingesetzt wird. Das Oxid läßt Sauerstoffionen passieren, Elektronen jedoch nicht. Beiderseits flankieren Elektroden – Anode und Kathode – die YSZ-Plättchen, die Ionen und Elektronen leiten. Beide Elektroden befinden sich in gasdichten Kammern, wobei die Kathode von einem oxidierenden Gas wie Luft umströmt wird, die Anode von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Brennstoffen wie Methan, Propan oder Butan. Negative Sauerstoff-Ionen passieren das Elektrolyt von der Kathode in Richtung Anode, wo die elektrochemische Oxidation mit Wasserstoff stattfindet. Freiwerdende Elektronen werden als Strom genutzt. Ein elektrisch leitendes Material, normalerweise eine Metalllegierung, verbindet Kathoden und Anoden nebeneinanderliegender Zellen miteinander.

Das Elektrolyt spielt eine entscheidende Rolle für die Funktion der Zelle. Damit die Reaktion ungestört und effizient verlaufen kann, darf es nur die Sauerstoffionen, aber keine freien Elektronen oder andere Substanzen passieren lassen. Normalerweise wird die Kathode aus strontiumdotiertem Lanthanmanganat und die Anode aus yttriumdotiertem Zirkonoxid gefertigt. Woraus sie bei der BloomBox bestehen, bleibt bisher ein Geheimnis. In einem Fernsehinterview sprach Sridhar von „grüner Tinte“ auf der einen Seite des Oxidplättchens und „schwarzer Tinte“ auf der Gegenseite. Allerdings hat sich der Erfinder einschlägige Patente eintragen lassen, darunter eins zu „nanostrukturierten Brennstoffzellen-Elektroden“. Sicher ist das Tinten-Geheimnis in einem dieser Patente zu finden. (wst)