Aus Wasserstoff und Sauerstoff zugleich Strom und Wärme gewinnen – dies bewerkstelligt die Brennstoffzelle auf eine emissionsarme, lautlose und effiziente Art und Weise.

Das Prinzip einer Brennstoffzelle ist vergleichsweise einfach: Bei der Verschmelzung von Wasserstoff und Sauerstoff wird in einem einzigen Schritt Strom und Wärme gewonnen. Brennstoffzellen fallen damit in die Gruppe der elektrochemischen Stromerzeuger, denn in der Zelle findet kein Verbrennungsvorgang statt.

Brennstoffzellen können mit Wasserstoff, wasserstoffhaltigen Gasen (z. B. Erdgas, Biogas, Propan) und Methanol betrieben werden. Wenn kein reiner Wasserstoff genutzt wird, erfolgt vor Verwendung der Gase oder Treibstoffe in der Zelle ein Reformierungsprozess. Dabei wird Wasserstoff beispielsweise durch die Elektrolyse von Wasser oder mit Hilfe von Bakterien und Algen aus Zuckerrübenabfällen gewonnen. In stationären Anwendungen werden derzeit wasserstoffhaltige Gase erprobt, während bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb Wasserstoff bevorzugt eingesetzt wird.

Brennstoffzellen werden in Niedertemperatur- und Hochtemperatursysteme unterschieden. Niedertemperatur-Brennstoffzellen heißen auch Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell oder kurz PEM-FC. Sie arbeiten bei einer Temperatur von 70 bis 90 °C. Sie werden zur Zeit für den Einsatz bei der Strom- und Wärmeversorgung von Wohngebäuden und als Fahrzeugantrieb erprobt. Hochtemperatur-Brennstoffzellen sind die so genannten Solid Oxide Fuel Cell (SO-FC). Sie arbeiten bei einem Temperaturniveau zwischen 900 und 1000°C und sollen zukünftig in KWK-Systemen für die Nahwärmeversorgung ihre Anwendung finden.

Vor- und Nachteile

Brennstoffzellen emittieren wenig Schadstoffe, arbeiten fast  lautlos, sind bei der Energiegewinnung sehr effizient – auch im wichtigen Teillastbereich – und eignen sich für alle Leistungsbereiche von Watt (z. B. Notebook) über Kilowatt (z. B. Hausenergiesysteme, Automotor) bis Megawatt (dezentrale Kraftwerke). Auf der anderen Seite ist derzeit noch der energetische und technische Aufwand für die Gasaufbereitung, besonders die Entschwefelung, sehr hoch. Dadurch verzeichnen die  Aggregate Einbußen beim elektrischen Systemwirkungsgrad. Die Betriebsdauer der Komponenten ist noch nicht zufriedenstellend – und die hohen Kosten der Bauteile machen den Einsatz der Brennstoffzellentechnologie in den meisten Fällen unrentabel.