Die Geschichte der Brennstoffzelle

Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie

Eine Brennstoffzellenheizung gewinnt Strom und Wärme aus der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff. Mit der Theorie der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie schuf der italienische Arzt und Physiker Luigi Galvani die entsprechende Voraussetzung für die Geschichte der Brennstoffzelle bereits im Jahre 1780 – also schon vor über 200 Jahren. Sie ist damit Teil der langen  Geschichte der Heizung.

Nur wenige Jahre später - im Jahr 1783 - ließ der französische Forscher Alecandre Cesar Charles das erste Mal einen Ballon mit Wasserstofffüllung steigen. Den Rohstoff der heutigen Brennstoffzellentechnologie erzeugte er damals, indem er Eisenfeilspäne mit Schwefelsäure übergoss.  Mit der ersten erfolgreichen  Elektrolyse  in einem U-Rohr gelang dem deutschen Chemiker Johann Wilhelm Ritter die Herstellung von Wasserstoff. Und das bereits im Jahr 1800 auf eine Art, die grundsätzlich auch heute noch genutzt wird.

Der Grundstein der Geschichte der Brennstoffzelle

Den eigentlichen Grundstein für die Geschichte der Brennstoffzelle legte der deutsche Wissenschaftler Christian Friedrich Schönbein daraufhin im Jahre 1838. Denn er erkannte, dass sich das Prinzip der Elektrolyse auch umkehren lies. Folglich  entwickelte er  den ersten Prototypen der Brennstoffzelle. Dabei erzeugte er eine elektrische Spannung, als er zwei Platindrähte in einer Elektrolytlösung mit Wasserstoff beziehungsweise Sauerstoff umspülte. Mit seinem Freund, dem walisischen Anwalt Sir William Robert Grove, wandte er die Erkenntnis in den Folgejahren in zahlreichen Versuchen an.

Den nächsten Meilenstein in der Geschichte der Brennstoffzelle legte der Forscher William W. Jacques gegen Ende des 19. Jahrhunderts. Denn bereits im Jahr 1897 hielt er ein kanadisches Patent auf eine Kohlenstoff-Brennstoffzelle für den Einsatz im Haushalt. Fast zeitgleich gelang dem britischen Chemiker und Physiker James Dewar im Jahre 1898 die erste Verflüssigung von Wasserstoff, der somit zu einem transportablen Gut wurde.

Forschung und Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnik

In den folgenden Jahren – der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts – arbeiteten viele Forscher an der Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnik. So konnte zum Beispiel der deutsche Chemiker und Physiker Walther Nernst mit der „Nernst-Lampe“ die Eignung fester Elektrolyte in technischen Anwendungen beweisen. Das war wiederum Grundlage für die Arbeit der Forscher Emil Baur und Hans Preis. Denn sie entwickelten  im Jahr 1937 eine Brennstoffzelle mit Festelektrolyt entwickelten, die bei 1.000 °C betrieben werden konnte.  Wenige Jahre darauf entwickelte der englische Ingenieur Francis Bacon am Kings College in Cambridge Systeme für die Anwendung in Unterseebooten. Die Geschichte der Brennstoffzelle erreichte damit einen praktischen Bezug.

Die Geschichte der Brennstoffzelle in der Raumfahrt

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts fand die Brennstoffzellentechnik immer mehr Anwendungsgebiete. Eines davon war die Raumfahrt, in der sie nicht nur aus Sicht der Stromerzeugung von großem Vorteil war. Denn im Betrieb eines Brennstoffzellengeräts entstehen neben der Elektrizität auch Wasser und Wärme. Während die Wärme dabei das Raumschiff beheizen konnte, nutzte die Besatzung das Wasser zum Trinken.

Energiekrise gibt neue Anreize zur Weiterentwicklung

Nachdem die Entwicklungen an der Brennstoffzellentechnik bis zum Jahre 1970 weltweit stark zurückgefahren wurde, sorgte die Energiekrise in den folgenden Jahren für neuen Wind in den Segeln. Denn mit dem Wunsch nach einer sauberen und nachhaltigen Energieversorgung unterstützten nun Regierungen, Institutionen und Wirtschaftsunternehmen die Entwicklung neuer Anlagen für die Anwendung in Industrie und Haushalten.

Mit dem Beginn einer neuen Gründerzeit, in der sich zahlreiche Unternehmen zur Forschung und Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnik gründeten, kam die Geschichte der Brennstoffzelle in der heutigen Zeit an. Bei Versuchen an neuen Materialien und Prozessen entstanden dabei Heizgeräte, die seit 2011/ 2012 auch in Deutschland frei zum Verkauf stehen. In den letzten Jahren sorgte die hohe staatliche Förderung für die  Brennstoffzellenheizung  dafür, dass die Verkaufszahlen stiegen und die Kosten für die Herstellung sowie Produktion weiter sanken. Aktuell wurde die Förderung aufgrund der Abhängigkeit von Erdgas für den Betrieb entsprechend angepasst. Wie dies genau aussieht, erfahren Sie im Beitrag zur Förderung der Brennstoffzellenheizung.