Kohlenstoff-Brennstoffzelle

Die Kohlenstoff-Brennstoffzelle (engl. Direct Carbon Fuel Cell (DCFC)) ist eine Brennstoffzelle, die nach dem Prinzip der direkten Umwandlung von Kohlenstoff und Sauerstoff in CO₂ unter Freisetzung elektrischer Energie arbeitet. Die Anordnung erlaubt eine Umwandlung chemischer in elektrische Energie unter Umgehung verlustreicher Umwandlungsstufen, wie dies in konventionellen Kohlekraftwerken der Fall ist.

Der US-Amerikaner William W. Jacques erhielt bereits 1897 ein kanadisches Patent auf eine solche Brennstoffzelle.

Chemische Vorgänge

Schema

• Anode: C + 2 O²⁻ → CO₂ + 4 e⁻
• Kathode: O₂ + 4 e⁻ → 2 O²⁻

Elektrische Betrachtung

Die Potenzialdifferenz zwischen Anode und Kathode beträgt ca. 0,8 Volt (theoretisch 1,0 Volt). Der elektrische Wirkungsgrad liegt relativ hoch, bei rund 80 Prozent (vergl. Wasserstoff-Brennstoffzelle bis ca. 70 %). In der Praxis sind jedoch niedrigere Wirkungsgrade zu erwarten. Aufgrund des höheren Ladungszustandes des Kohlenstoffatoms im Gegensatz zum Wasserstoffmolekül dürfte die Stromdichte an der Anode etwa das Doppelte betragen.

Technische Umsetzung und Ausblick

Eine Kohlenstoffbrennstoffzelle basiert entweder auf einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) oder einer Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC).

Die praktische Umsetzung der Kohlenstoff-Brennstoffzelle gestaltet sich derzeit noch schwierig, weshalb auf diesem Gebiet noch einiges an Grundlagenforschung notwendig ist, um das Prinzip auch effektiv nutzen zu können. Ein Ausblick auf die tatsächliche technische Nutzung kann derzeit nicht gegeben werden. Es bleibt jedoch zu bedenken, dass es aufgrund der fortschreitenden Materialentwicklung in einigen Jahrzehnten denkbar wäre, kombinierte Wasserstoff-Kohlenstoff-Brennstoffzellen verfügbar zu machen, mit denen es möglich wäre, die chemische Energie von Kohlenwasserstoffen (z. B. Benzin, Kerosin, Diesel) direkt in elektrische Energie zu wandeln.

Sonstiges

Beim Jugend forscht Wettbewerb 2009 erhielten die beiden Schüler Daniel Nenno und Simon Hümbert des Robert-Schuman-Gymnasium in Saarlouis den 1. Preis im Fachgebiet Chemie für ihre Untersuchungen an einer Kohlenstoff-Brennstoffzelle.^[1]

Weblinks

• http://www.physi.uni-heidelberg.de/~pelte/energie3/data/detail/2-2-1.htm
• http://patents1.ic.gc.ca/details?patent_number=55129
• http://www.llnl.gov/str/June01/Cooper.html
• http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/03/dcfcw/dcfcw03.html
• http://www.sara.com/papers/FCRJanDCFC_SARA_Reprint.pdf (PDF-Datei; 712 kB)
• http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2009-AKE_Hamburg/Vortraege/DPG2009_AKE2.1_Stimming-Direktkohlenstoff_Brennstoffzelle.ppt

Einzelnachweise

1. ↑ Jugend forscht, Auszeichnungen 2009, Chemie, Geo- und Raumwissenschaften