11.4. Wirkungsgrad von Brennstoffzellen?
Die Tage erreicht mich eine Frage nach dem Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle. Da ich sie spontan nicht beantworten konnte, schaute ich im Internet nach.
Damit keine falschen Hoffnungen aufkommen, Wärmepumpen erreichen Wirkungsgrade von 250 % bis 500 %! Dagegen erreichen die technisch sehr gut ausgeklügelten BOSCH SOFC-Brennstoffzellensysteme "nur" einen Wirkungsgrad von 90 %. "Normale" Brennstoffzellen erreichen einen Wirkungsgrad von 50 %. Quellenangaben dazu am Ende des Textes.
Hier die Informationen, die ich gefunden habe:
Im Internet wird der Wirkungsgrad herkömmlicher Brennstoffzellen mit bis zu 50 % angegeben. Daneben wird an Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit einem höheren Wirkungsgrad geforscht, Betriebstemperatur 800° C:
"Die außergewöhnliche Eigenschaft der Reversibilität weisen nur Hochtemperatur-Brennstoffzellen, kurz SOFC, englisch „Solid Oxide Fuel Cell“, auf, die bei etwa 800 Grad Celsius betrieben werden. Aufgrund der hohen Temperatur können für diesen Brennstoffzellentyp unedlere und kostengünstigere Materialien als für Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen verwendet werden. Gleichzeitig arbeiten Hochtemperatur-Brennstoffzellen höchst effizient. Anders als Niedertemperatursysteme, deren Wirkungsgrad im Betrieb mit Wasserstoff auf etwa 50 Prozent begrenzt ist, können Hochtemperatur-Brennstoffzellen auch einen deutlich höheren Wirkungsgrad erzielen."
Der TüV-Nord hat eine Tabelle mit Wirkungsgraden verschiedener Zelltypen veröffentlicht. Dort ist der höchste Wirkungsgrad mit 70 % angegeben. Dort liegen die Arbeitstemperaturen bei Wasserstoff als Energieträger zwischen 20° und 80° C:
https://www.tuev-nord.de/de/unternehmen/energie/wasserstoff/wasserstoff-brennstoffzelle/
Eine Firma für Brennstoffzellen veröffentlicht einen ausführlichen Artikel zum Thema, allerdings ohne einen konkreten Wirkungsgrad für eine Brennstoffzelle zu nennen:
"Und auch bei der Umwandlung des Wasserstoffs in Strom geht Energie verloren. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle liegt je nach Anwendung bei etwa 50 Prozent.[12]
Über den gesamten Prozess von der Erzeugung der Energie, ihrer Speicherung, eventuellem Transport und der erneuten Umwandlung von Wasserstoff in Strom kommt lediglich etwa ein Viertel bis ein Drittel in der Anwendung an.[13] Dieser Kritikpunkt wird häufig angeführt. Er hat allerdings nichts mit dem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle oder in diesem Fall dem Wirkungsgrad der Wasserstoff-Brennstoffzelle zu tun."
https://www.sfc.com/glossar/wirkungsgrad-der-brennstoffzelle/
Bei Wikipedia findet sich ebenfalls ein Artikel mit Wirkungsgraden für Brennstoffzellen. Dort werden in einer Studie von 2003 nur Wirkungsgrade unter 50 % für Wasserstoff-Brennstoffzellen angegeben:
https://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle#Elektrischer_Wirkungsgrad,_Kosten,_Lebensdauer
Bei BOSCH findet sich ein interessanter Artikel zur neusten Technik. Dort heißt es:
"Mehr Energieeffizienz und weniger Treibhausgasemissionen – das sind wichtige Ziele für unsere Zukunft. Umso wichtiger sind neue Technologien, die Strom und Wärme effizient und flexibel produzieren können. Die oxidkeramischen Hochtemperatur SOFC-Brennstoffzellensysteme von Bosch (Solid oxide fuel cell systems bzw. SOFC systems) haben genau diese Eigenschaft: Das System erzeugt Strom mit einem Wirkungsgrad von etwa 60 Prozent. Ein Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90 Prozent ist möglich, wenn die Abwärme genutzt wird. Bei der Verwendung von Erdgas als Brennstoff stößt die Brennstoffzelle zwei Drittel weniger Kohlenstoff aus als herkömmliche Kohlekraftwerke. Beim Betrieb mit reinem Wasserstoff erzeugt das SOFC-System Strom und Wärme ganz ohne COâ‚‚-Emissionen."
Genug für heute.
Und dann doch noch ein Nachtrag zu den Wirkungsgraden von Wärmepumpen zum Vergleich:
Die SOFC-Brennstoffzellensysteme von BOSCH sehen technisch sehr gut aus, erreichen einen Wirkungsgrad von 90 %. Doch Wärmepumpen schaffen einen Wirkungsgrad von 250 % bis 500 %! Allerdings produzieren die BOSCH-Systeme Wärme und Strom. Deshalb hinkt der Vergleich ein wenig.
Damit sich die BOSCH-Systeme lohnen, müssen sie ständig laufen. Für einen gelegentlichen Notbetrieb mit Wasserstoff wären sie viel zu teuer.
https://www.enbw.com/blog/wohnen/modernisieren-und-bauen/effizienz-von-waermepumpen-im-vergleich/
https://www.entega.de/blog/wirkungsgrad-waermepumpe/
https://www.entega.de/blog/wirkungsgrad-waermepumpe/
3.5. Wasserstoff aus der Erde