Frischluft für Brennstoffzellen
Freudenberg Filtration Technologies stellt Brennstoffzellenfilter für Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb her
Städte voll giftiger Abgase – wir alle sehnen uns danach, eine dauerhafte Lösung zu finden, die uns endlich durchatmen lässt. Es gibt inzwischen immer mehr Antriebsformen, die für eine bessere lokale Luftqualität sorgen. In manchen Fällen sind sie bereits eine echte Alternative. Eine von ihnen ist die Brennstoffzelle, die ein flexibles und nachhaltiges Pendant zum üblichen Verbrennungsmotor darstellt. Allerdings sind wasserstoffbetriebene Autos ebenso von Schadgasen und Feinstaub betroffen wie wir. Spezielle Filter müssen die Luft erst reinigen, welche die Zelle für die chemische Reaktion benötigt. Freudenberg sorgt mit einer Kombination aus physikalischer und chemischer Filtration dafür, dass die optimale Antriebsleistung sichergestellt ist.
Die Benzinpreise steigen, der Meeresspiegel ebenso – nie war es so wichtig wie heute, auf umweltfreundliche Energiequellen umzusteigen. Wissenschaftler und Experten aus der Industrie arbeiten mit Hochdruck daran, klimaneutrale Transportmittel zu entwickeln, die uns weiterhin den Komfort bieten, an den wir gewöhnt sind. Aktuelle Studien gehen davon aus, dass eine einzelne Technologie allein nicht in der Lage ist, den Verbrennungsmotor komplett zu ersetzen. Stattdessen erwarten Experten, dass unterschiedliche Alternativen parallel genutzt werden. Die Reichweite reiner Elektrofahrzeuge ist noch immer begrenzt, weswegen sie eher für kurze Distanzen geeignet sind. Einzelpersonen und Firmen, die auf zuverlässige, reichweitenstarke Lösungen angewiesen sind, wünschen sich Fahrzeuge mit schnellerer Lade- bzw. Tankzeit. Größere Autos, Busse oder LKWs wiederum benötigen mehr Antriebskraft, als eine einzelne Batterie liefern kann. Brennstoffzellen könnten solche Lücken schließen. Der Wasserstofftank eines Brennstoffzellenfahrzeugs lässt sich in wenigen Minuten auffüllen. Zudem liefert eine Kombination aus Batterie und Brennstoffzelle mehr Leistung bei gleichzeitig größerer Reichweite. Mobilitätsexperten gehen deshalb davon aus, dass bis zum Jahr 2050 weltweit 100 Millionen wasserstoffbetriebene Fahrzeuge auf den Straßen sein werden.
Brennstoffzellen stellen eine flexible und nachhaltige Alternative zum üblichen Verbrennungsmotor dar.
Die Brennstoffzelle: Saubere Energie durch chemische Reaktion
Wasserstoff ist ein Nebenprodukt aus verschiedenen chemischen Prozessen und kann zusätzlich mit Hilfe von erneuerbaren Energien hergestellt werden. Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, die durch eine Membran voneinander getrennt sind. Um die chemische Reaktion zu fördern, sind beide Elektroden mit einem Katalysator – oft Platin – überzogen. An der Anode findet eine Oxidation des Wasserstoffs statt, die Elektronen und Protonen freisetzt. Die positiv geladenen Protonen passieren die Membran. Die negativ geladenen Elektronen durchwandern einen externen Kreislauf – dabei entsteht Spannung, die in Strom umgewandelt wird. Eine Brennstoffzelle produziert in etwa ein Volt. Um genug Energie für ein Fahrzeug zu generieren, sind die Zellen in einem sogenannten „stack“ aufeinander gestapelt. Die Entwicklung eines Antriebs endet indessen nicht mit der Erzeugung hinreichender Energiemengen für den Antriebsstrang: Neue Systeme müssen an neue Herausforderungen angepasst werden – etwa die Versorgung der Brennstoffzelle mit sauberer Luft, um Leistungsverlust zu vermeiden.
Wasserstoffprotonen H+ reagieren mit Sauerstoff O2 und Elektronen e-. Dabei entsteht Wasser H2O.
Feinstaub und Schwefelgase vermindern die Leistungsfähigkeit
Üblicherweise nutzen Brennstoffzellen Sauerstoff aus der Umgebungsluft für die chemische Reaktion. Die Luft ist jedoch selten wirklich rein. Die Menge an schädlichen Partikeln und Gasen hängt stark von lokalen Gegebenheiten ab. Von Industrie geprägte Großstädte etwa leiden unter einem anderen Schadstoffmix als Städte, die primär mit Staus zu kämpfen haben. In Küstenregionen hingegen beeinträchtigt vorrangig salzhaltige Luft die empfindlichen Komponenten. Abhängig von der jeweiligen Luftverschmutzung saugt der Kompressor mit der Zeit große Mengen an Schadgasen und Partikeln ein. Was für den Menschen gesundheitsschädlich ist, hat auch einen negativen Effekt auf die Brennstoffzelle.
Während manche Partikel und Gase zu einem kurzfristigen Leistungsverlust führen – der sich beispielsweise in einer deutlich reduzierten Maximalgeschwindigkeit oder Antriebskraft bemerkbar macht – können andere zu irreparablem Schaden an der Brennstoffzelle führen. Feinstaub etwa setzt sich auf Sensoren und Turboladern ab, was die Funktionsfähigkeit und Effizienz der Teile beeinflusst. Zusätzlich blockieren die Partikel aber auch noch die feinen Kanäle der Brennstoffzelle selbst. Dies führt zu einem höheren Durchflusswiderstand und einem permanenten Energieverlust. Salze und Schadgase vergiften die Katalysatoren an Anode und Kathode und vermindern deren reaktionsfördernde Eigenschaften, wodurch die Brennstoffzelle an Leistung einbüßt. Schwefelverbindungen sind besonders verheerend: Schon extrem kleine Mengen an Schwefelverunreinigungen, die in den Stack gelangen, können auf lange Sicht zu einem Totalschaden führen.
Luftfilter stellen die Lösung dar
Um die Brennstoffzelle vor den Schadstoffen aus der Umgebungsluft zu schützen, ist ein Luftfilter unverzichtbar. Effektive Filtration schützt empfindliche Teile wie Katalysator und Membranen in der Brennstoffzellen. Mehrere hintereinander geschaltete Partikelfilterlagen schützen das Antriebssystem vor Feinstaub. Zusätzlich machen chemische Filterlagen mit absorbierenden Stoffen wie Aktivkohle Gase unschädlich. Für optimale Filtereffizienz müssen die Hersteller jedoch Kompromisse eingehen. Auf der einen Seite steigt die Wirksamkeit der Filtration, je mehr Lagen für die Filtereinheit verwendet werden. Auf der anderen Seite führen zu viele Filterlagen jedoch zu einem höheren Druckverlust, so dass der Kompressor, der wiederum über Strom von der Brennstoffzelle läuft, die geringere Luftdurchlässigkeit kompensieren muss. Entsprechend leidet der Wirkungsgrad des Gesamtsystems unter dem Luftwiderstand und der eigentlichen Effizienz des Filters.
Was die Größe angeht, überzeugen größere Filter mit geringerem Luftwiderstand, Langlebigkeit und verbesserter Wirksamkeit. Allerdings ist der Platz im Motorraum begrenzt, so dass sich kleinere Filter einfacher verbauen lassen und mehr Raum für andere Komponenten bleibt. Letztendlich hängt die Lösungsfindung immer davon ab, welche Ansprüche der Hersteller an Effizienz und Langlebigkeit stellt. Dank langjähriger Erfahrung im Bereich der Brennstoffzellentechnik kann Freudenberg Filtration Technologies mit individuell abgestimmten Lösungen aufwarten, die für einem hohen Grad an Effizienz stehen.
Mehrere hintereinander geschaltete Partikelfilterlagen schützen das Antriebssystem vor Feinstaub. Zusätzlich machen chemische Filterlagen mit absorbierenden Stoffen wie Aktivkohle Gase unschädlich.
Vereintes Know-how in der Brennstoffzellentechnik
Freudenberg unterstützt Hersteller seit den Anfängen der Brennstoffzellentechnik. 2001 fing das Unternehmen an, nach Wegen zu forschen, wie sich die Funktionsfähigkeit und die Effizienz von Brennstoffzellen verbessern lässt. Heute stellen mehrere Divisionen der Freudenberg Gruppe aus Weinheim Komponenten für die Brennstoffzelltechnik her – für PKWs, Busse, Züge, Schiffe und stationäre Anlagen wie etwa Blockheizkraftwerke. Freudenberg Sealing Technologies bietet Lösungen, um die einzelnen Brennstoffzellen in den Stacks abzudichten und zu verhindern, dass die Reaktionsgase entweichen. Freudenberg Performance Materials stellt Gasdiffusionslagen her, die den Gasstrom innerhalb der Brennstoffzelle optimieren. In der Peripherie der Brennstoffstelle verhindern Befeuchter von Freudenberg Filtration Technologies, dass die empfindliche Membran in der Zelle austrocknet, während die speziell entwickelten Filtermedien die Membranen und andere Systemkomponenten vor Schadgasen und Partikeln schützen.
Die Brennstoffzellenfilter von Freudenberg Filtration Technologies kombinieren physikalische und chemische Filtration und ermöglichen so eine optimale Antriebsleistung.
