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Brennstoffzellen können chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandeln. Brennstoffzellen sind ähnlich wie Batterien einfach konstruiert. Sie bestehen aus einzelnen Zellen mit jeweils zwei Elektroden (Anode und Kathode), die durch einen Elektrolyten getrennt sind. Der einen Elektrode wird Wasserstoff (H2) der anderen Sauerstoff (O2) zugeführt. In der Zelle verbinden sich diese zu Wasser (H2O) und über die Elektroden fliesst ein Gleichstrom. Gleichzeitig entsteht Wärme, welche genutzt werden kann oder über einen Kühler abgeführt werden muss. Da eine einzelne Zelle nur eine geringe elektrische Spannung erzeugt, werden mehrere Zellen hintereinander geschaltet, resp. gestapelt. Ein solcher Stapel wird als Brennstoffzellen-Stack bezeichnet. Der Umweg über mehrere Umwandlungsstufen wie z.B. beim Verbrennungsmotor – Generatorsystem (thermische-, mechanische und elektromagnetische Energie) entfällt: Brennstoffzellensysteme sind damit hocheffiziente Energieumwandlungssysteme.
Brennstoffzellen verfügen über ein breites Einsatzpotential: für den Antrieb von Fahrzeugen, für die stationäre Energieversorgung aber auch für den Einsatz in elektronischen Kleingeräten.
Seit Jahren gilt die Brennstoffzelle als eine der Zukunftstechnologien. Allerdings ist die Technologie noch lange nicht ausgereift und entsprechend gross ist der Forschungs- und Entwicklungsbedarf in diesem Gebiet. Wesentliche Nachteile der heutigen Brennstoffzellen-Technologie sind die begrenzte Lebensdauer, der hohe Preis der Stacks und die Kosten für die Aufbereitung des Brennstoffs.
Brennstoffzellenforschung in der Schweiz
Forschungskompetenzen im Brennstoffzellenbereich sind vor allem an den Eidgenössischen Technischen Hochschulen und ihren Forschungsinstituten (ETHZ, EPFL, PSI, EMPA) sowie an diversen Fachhochschulen vorhanden. Neben den öffentlichen Forschungsinstitutionen sind auch verstärkt private Unternehmen in der Entwicklung und dem Einsatz von Pilotanlagen aktiv.
Durch das BFE-Forschungsprogramm Brennstoffzellen werden diese Kompetenzzentren gefördert und zu einem Netzwerk zusammengeschweisst. Das Programm ermöglichte auch die Entwicklung von Prototypen für den Markt wie portable Brennstoffzellen (Powerpac), Antriebe für Leichtfahrzeuge (SAM) oder Schiffe (Hydroxy). Unabhängig davon entwickelte das Paul Scherrer Institut mit dem französischen Michelin-Konzern das Fahrzeug (HY-LIGHT): der Schweizer Brennstoffzellenantrieb erfuhr weltweite Beachtung.