Platin adé - Kobalt-Verbindung kann das teure Edelmetall in Katalysatoren von Brennstoffzellen ersetzen

Wer sauber Auto fahren will, muss heute tief in die Tasche greifen. Denn etwa 50 Gramm des teuren Edelmetalls Platin bewegen sich in Fahrzeugen mit Brennstoffzelle und Elektromotor mit über den Asphalt.

HyFish - Flugzeug mit Brennstoffzellenantrieb
HyFish - Flugzeug mit Brennstoffzellenantrieb

Los Alamos (USA)/Stuttgart - Diese Kostenquelle im Blick - Platin kostet pro Gramm rund 35 Euro - berichten nun amerikanische Forscher in der Zeitschrift „Nature" über eine viel versprechende und vor allem günstigere Alternative.

In ihrem Labor am Los Alamos National Laboratory in New Mexico bauten sie eine Polymermembran-Brennstoffzelle (PEM) ohne Platin als Kathoden-Katalysator auf. Sie verwendeten die Metall-Verbindung Kobalt-Polypyrrol, die mit einem Bruchteil des Platin-Preises zu Buche schlägt. Dieser Katalysator unterstützt die Reaktion von Sauerstoff mit den Protonen aus dem Wasserstoff zu dem „Verbrennungsprodukt" Wasser. Erste Module lieferten zwar nur 150 Milliwatt Strom pro Quadratzentimeter, aber mit einer Verdopplung dieser Werte wäre ein technischer Einsatz schon denkbar. Von Vorteil zeigte sich die Stabilität der Zelle: Auch nach 100 Betriebsstunden konnten die Forscher keinen Leistungsabfall feststellen.

„Aber für Brennstoffzellen in einem Auto muss man 5000 Stunden Betriebsdauer über zehn Jahre erreichen", sagt Erich Gülzow, PEM-Experte am Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart, „sonst kann man es vergessen." Diese Werte erreichen bisher nur Platinkatalysatoren, um die Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser und Strom effizient zu betreiben.

Heute setzen namhafte Autohersteller von DaimlerChrysler bis Toyota und Honda ihre Hoffnungen auf die PEM-Zelle, die im Unterschied zu anderen Brennstoffzellen-Typen bei moderaten 80 bis 100 Grad Celsius betrieben wird. Doch bei Modulpreisen von bis zu 2000 Euro für jedes Kilowatt Leistung sind sie trotz ihrer guten Antriebsperformance noch nicht wettbewerbsfähig. „Und zusätzlich zum Platin gibt es noch einen weiteren Kostentreiber", weiß Gülzow. Auch die verbaute Membran aus einem schwefelhaltigen Teflon-Kunststoff, Markenname Nafion, kostet pro Quadratmeter 500 Euro. Etwa die vierfache Menge wird für einen Autoantrieb benötigt.

Dennoch ist Gülzow von der Zukunft der Brennstoffzelle für elektrische Antriebe überzeugt. Zusammen mit dem Schweizer Unternehmen SmartFish entwickeln sie sogar ein unbemanntes Flugzeug mit Wasserstoffantrieb. „HyFish" ist etwa zwei Meter lang und soll als Aufklärungsdrohne für die Erdbeobachtung eingesetzt werden. Bereits 2008 rechnen die Entwickler mit dem Jungfernflug. Angestrebt sind eine Flughöhe von bis zu 7000 Metern und Geschwindigkeiten von 200 bis 300 Kilometern pro Stunde.

Bis die Drohne abhebt, müssen vor allem die PEM-Module leichter werden. Gülzow will dieses Ziel mit einem geschickten Aufbau der so genannten PEM-Stacks und einem verbesserten Wirkungsgrad bei höheren Betriebtemperaturen von bis zu 120 Grad erreichen. „Anwendungen in der Luftfahrt stellt uns vor die härtesten Herausforderungen überhaupt", sagt Gülzow. Doch wer diese bewältige, für den sei der Einsatz der Brennstoffzellen-Technik im Auto nicht mehr schwer.