Strom ohne Netz

Wissenschaftler aus Maryland haben Hochtemperaturbrennstoffzellen deutlich verbessert.

Auf dem Flur von Eric Wachsmans Labor steht ein großer Kasten mit grünen Leuchtdioden. Noch ist der ein Meter breite Würfel eine Attrappe, aber künftig soll er Brennstoffzellen beherbergen, die Strom so preiswert produziert wie ein großes Gaskraftwerk. Der Materialwissenschaftler Wachsman, Direktor des Energy Research Center der University of Maryland, hat dazu die Keramikmembran herkömmlicher Hochtemperaturzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) entscheidend verbessert.

Membranen in Brennstoffzellen trennen die Elektronen von den Protonen und erzeugen so einen Stromfluss. In Wachsmans Variante basieren sie auf Cerium-, Bismut- und Nickel-Oxid sowie dem Mineral Perowskit. Die Stoffe sind elektrisch sehr viel leitfähiger als die Membranen konventioneller SOFC – und damit entsprechend effizienter.

Außerdem arbeiten sie bei 650 statt bei 900 Grad. Das reduziert den Energieverlust, die thermische Belastung und den Bedarf an Isolierung. Insgesamt sollen die neuen Zellen nur noch ein Dollar pro Watt kosten, statt acht Dollar wie die heute kommerziell erhältlichen Geräte.

Zur Herstellung werden die pulverförmigen Ausgangsstoffe mit Lösungsmitteln versetzt und auf eine Plastikfolie aufgebracht. Fünf Lagen kommen aufeinander, jeweils getrennt durch eine Elektrolytschicht aus Cerium-Oxid. Ein Ofen verbackt den Stapel dann über mehrere Stunden bei 1500 Grad zu einer Keramikplatte. Je drei solcher Platten kommen zwischen zwei Metallbleche, die den erzeugten Strom abführen. 32 solcher "Stacks" kommen schließlich in das Gehäuse. Sie können einzeln ersetzt werden, wenn sie ausfallen.

Anders als die weiter verbreiteten Niedertemperaturzellen laufen SOFC nicht nur mit Wasserstoff, sondern auch mit Erdgas, Diesel oder Benzin. Dadurch können sie die ineffizienten Dieselgeneratoren ablösen – sei es als Notstromaggregat, als Kraftwerk für Mikrostromnetze in Schwellenländern oder als Stromquelle für Mobilfunkstationen.

Zunächst sollen 25-Kilowatt-Aggregate in die Produktion gehen. Das wäre genug, um ein kleines Einkaufszentrum zu versorgen. Das Start-up Redox Power Systems baut dafür gerade eine Fabrik in Florida auf und hofft, das Gerät 2014 auf den Markt zu bringen. (bsc)