BreZel statt Akku - wissenschaft.de
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BreZel statt Akku

Wo Batterie und Akku schwächeln – beim Betrieb von Geräten ab 10 Watt aufwärts –, winken einer neuen Energiequelle große Marktchancen: der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle.

Bzzzzzzzzzzzz… Ein Summton dringt aus dem kleinen Gehäuse, während die Verkehrsampel daneben auf Rot schaltet. „Das kriegen wir bedeutend leiser hin, wenn Mitte 2002 die Serienfertigung anläuft“, beruhigt Manfred Stefener. „Dieser Prototyp ist nicht auf Schalldämmung getrimmt – technisch kein Problem.“ Die Ampel wechselt auf Grün, auf Gelb und wieder auf Rot. Wie üblich. Unüblich ist jedoch der Ort, an dem die Signalanlage Dienst tut. Sie steht in einem Laborraum des Gebäudes 53.0 vom Industriegebiet Brunnthal-Nord – im flachen Nirgendwo am Rand von München. Ganz und gar unüblich ist indes die Energiequelle, deren Leistungsfähigkeit die Ampel demonstriert: weder Batterie noch Akku. Die Stromquelle ist eine „BreZel“, wie manche flapsig – in Anlehnung an süddeutsches Backwerk – zur Brennstoffzelle sagen. Der Strom kommt aus einem Gerät von der Größe zweier „Duden“ -Bände, in dem ein Mini-Brennstoffzellen-Aggregat läuft – gespeist mit Methanol. Smart Fuel Cell, schlaue Brennstoffzelle, nennt das 17-köpfige Team um Geschäftsführer Stefener sein Produkt. Denselben Namen, meist als „SFC“ abgekürzt, trägt sein 2000 gegründetes Unternehmen. Wieso „schlau“? Der 32-jährige schlaksige Zweimetermann, der an der Universität Dortmund Maschinenbau und Chemietechnik studiert hat, zählt auf: hoch integrierte Bauweise, moderne Steuer- und Regeltechnik per Mikroprozessor – alles in allem: „Wir haben Probleme gelöst, an denen unsere Wettbewerber noch knabbern.“ Im Oktober 2001 schockierten die Nobodys aus der Brunnthaler Pampa die Konkurrenz. Da fand in Hamburg die Messe „Wasserstoff-Expo 2001″ statt, und die SFC GmbH hatte angekündigt: „Wir zeigen das weltweit erste komplette Direkt-Methanol-Brennstoffzellensystem live im Einsatz.“ Die Ampel, ein Camcorder und ein Laptop – betrieben mit SFC-Zellen – bewiesen: Die Brunnthaler hatten den Mund nicht zu voll genommen. Der gezeigte 25-Watt-Prototyp liefert konstante 12 Volt Ausgangsspannung. Ihn gibt es sowohl im grau-blauen Metallgehäuse als auch in einer kanariengelben Kunststoff-Ummantelung mit Tragehenkel – für draußen, beispielsweise auf Baustellen und Campingplätzen. Ein 40- und ein 50-Watt-Prototyp gesellen sich hinzu. Ein Smart Fuel Cell-Aggregat nimmt etwa das gleiche Volumen ein wie ein Satz Akkus – liefert aber vier- bis fünfmal länger Strom. Allen SFC-Varianten gemeinsam ist die mit flüssigem Methanol gefüllte Tankpatrone aus blauem Kunststoff, die mit einem Handgriff gegen eine neue ausgewechselt werden kann. Das „Direkt“ im langen Namen Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (kurz DMFC, von englisch: „Direct Methanol Fuel Cell“) ist dabei die eigentliche Attraktion. Anstatt – wie etwa bei DaimlerChryslers Brennstoffzellen-Fahrzeug „Necar“ – den energiereichen Alkohol Methanol in einem vorgeschalteten chemischen Reaktor („Reformer“) ins Brenngas Wasserstoff umzuwandeln, wird bei diesem Verfahren ein flüssiges Methanol-Wasser-Gemisch direkt auf die Anodenseite der Brennstoffzellen-Membran geleitet (siehe Grafik hinten). Was an Reaktionsprodukten das Gerät verlässt, wird keinen Innenraum vernebeln: „Bei der 25-Watt-Ausführung kommen etwa soviel CO2 und Wasserdampf heraus wie in der Ausatemluft eines Babys“, erklärt Stefener. „Beim 50-Watt-System entspricht das Abgas etwa der Ausatemluft eines Erwachsenen.“ Das Direkt-Verfahren erspart die Kosten und den Platzbedarf für einen Reformer – eine verlockende Aussicht für Brennstoffzellenmacher. Nur: Bislang galt die DMFC-Technologie als unausgereift. Das Hauptproblem heißt „ Cross-over“: Der Brennstoff Methanol diffundiert in der gelatinös aufgequollenen Membran zum Teil auf die „falsche Seite“ der Brennstoffzelle, ohne elektrochemisch Arbeit zu verrichten. Das drückt den Wirkungsgrad. Manfred Stefener lächelt pfiffig: „Der Cross-over des Methanols findet auch in unserem System statt. Methanol und Wasser sind sich chemisch einfach zu ähnlich, das kann man nicht verhindern. Aber wenn man die verfahrenstechnischen Bedingungen richtig wählt, hat man trotzdem Erfolg.“ Mehr will er dazu nicht verraten, trotz der beiden Patente, die er erhalten hat: Seinen Entwicklungsvorsprung setzt er nicht aufs Spiel. Seit ihrem öffentlichen Auftritt auf der Wasserstoff-Expo liegt die Smart Fuel Cell an der Spitze des weltweiten DMFC-Rennens. Das heißt schon etwas. Denn unter den Wettbewerbern sind zum einen milliardenschwere Konzerne wie Samsung und Motorola – zum anderen renommierte High-Tech-Spezialfirmen aus den USA wie Manhattan Scientifics, Medis Technologies, Mechanical Technology und das Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien. Alle diese Firmen arbeiten mit Hochdruck an netzunabhängigen DMFC-Aggregaten. Nur zu gern würden sie in den lukrativen Akku-Weltmarkt einbrechen, in dem derzeit pro Jahr zwischen fünf und sechs Milliarden Euro umgesetzt werden. Aber keiner der Wettbewerber traut sich nach eigenem Bekunden einen Markteintritt vor 2003 oder 2004 zu. Und da kommt ihnen allen ein Team zuvor, von dem international nichts zu hören und zu sehen gewesen war. Bei der SFC GmbH laufen derzeit schon die Vorbereitungen für die Serienproduktion. Mitte 2002 wollen die Brunnthaler auf eigenen Anlagen die Fertigung anlaufen lassen – auch die der Methanolpatronen. Im ersten Jahr sollen 1000 Aggregate produziert werden. Welche Marktchancen hat das Ganze? Bei Brennstoffzellen muss man sich genau das Marktsegment anschauen, auf das man zielt, sagt Prof. Rolf Jürgen Behm. Er leitet die Abteilung Oberflächenchemie und Katalyse an der Universität Ulm und war Sprecher des baden-württembergischen Verbundforschungsprojekts „Entwicklung einer Methanol-Brennstoffzelle“. „Mit kleinen Direkt-Methanol-Brennstoffzellen im Leistungsbereich bis 100 Watt tritt man gegen Batterien und Akkus an“, argumentiert der Elektrochemie-Professor, „also gegen die kostspieligste Form der Energiespeicherung.“ Faustregel: Ein Watt Akku-Leistung kostet am Markt rund 10 Euro. „Deswegen kann man sich mit einer kleinen DMFC eine Chance ausrechnen. Es kommt ja nicht darauf an, ob man durch den Cross-over-Effekt ein paar Prozent mehr Methanol verbraucht – Methanol ist billig.“ Ein Gegenbeispiel ist die Entwicklung von Brennstoffzellen-Pkw: Brennstoffzellen-Aggregate als Automotoren – im Leistungsbereich um 50 Kilowatt – konkurrieren gegen gute Verbrennungsmotoren, die das Watt bereits für 0,05 Euro bieten. Dies zu erreichen oder gar zu unterbieten, sei extrem hart. „Ich höre daher allenthalben: Die ersten größeren Umsätze mit Brennstoffzellen werden bei tragbaren Kleingeräten und Hausanlagen liegen – nicht bei den Autoantrieben“ , sagt Behm. Manfred Stefener versucht, vom potenziellen Kunden her zu denken: Wo hat der ein Problem? „Motorola arbeitet an DMFC-Systemen von der Größe einer Geldmünze für Mobiltelefone. Da sind erstens die Miniaturisierungsprobleme weit anspruchsvoller als bei unserer Smart Fuel Cell, und ich sehe zweitens nicht so recht den Bedarf“, sinniert er. „Der Akku in meinem Handy reicht für etwa drei Tage – dann stecke ich das Ding über Nacht ins Ladegerät, und es ist wieder betriebsbereit. Das macht keinen Stress.“ Ganz anders sieht er die Situation beim Laptop. „Wenn ich während einer Bahnfahrt meinen Laptop anschalte, reicht der Akkustrom vielleicht für drei Stunden, dann ist Schluss. Will ich weiterarbeiten, muss ich vorsorglich einen geladenen Ersatz-Akku mitschleppen. Unmöglich!“, schimpft der SFC-Chef. „So was ist doch keine kundenfreundliche Lösung – das ist bestenfalls ein Notbehelf!“ Dieser Logik folgend, sieht er Lücken am Markt, in die seine Methanol-Maschinen stoßen können: Verkehrstechnik- und Umweltmessanlagen, die nicht am Netz hängen – etwa Ampeln an abgelegenen Kreuzungen oder Schadstoffsensoren. „Die werden bisher mit Photovoltaik-Modulen versorgt – mit bis zu 60 Prozent Ausfallquote, weil die Akkus meist leer sind.“ Camping und Freizeit Akkugetriebene Elektrogeräte für den Bau- und Heimwerkermarkt Camcorder Laptops Diese strategische Ausrichtung hat er nicht alleine treffen müssen. „Ich habe sehr früh jemanden von einer Venture-Capital-Firma kennen gelernt“, sagt Stefener. „ Der unterstützt mich seitdem und ist heute Vorsitzender unseres Beirats.“ Der Mentor heißt Rüdiger Olschowy und ist Vorstandsmitglied bei Pricap Venture Partners – einer Risikokapital-AG, die in aussichtsreiche Firmen und Geschäftsideen investiert. Pricap und eine zweite Risikokapitalfirma, die 3i Group Ltd., haben mittlerweile einige Millionen Euro in das junge Unternehmen gesteckt. „Der Typ hat mich fasziniert“, sagt Rüdiger Olschowy, auf Manfred Stefener angesprochen. „Als ich ihn im November 1998 kennen lernte – da war er noch Student –, haben mich nicht nur seine Ideen interessiert. Genauso beeindruckend waren seine Persönlichkeit, seine Charakterstärke. Darauf kommt es nämlich in der Frühphase einer Firmengründung besonders an. Er brachte vieles mit, was man als Unternehmer später braucht.“ Der Gelobte hat längst den Laborkittel gegen den Business-Anzug eingetauscht. Aber innerlich hat Manfred Stefener den Ingenieur und Chemietechniker, der er von Haus aus ist, offensichtlich nicht abgelegt. Warum würde er sonst das summende Brennstoffzellen-Aggregat tätscheln und dazu murmeln: „Das sind schon andächtige Momente, wenn man so was geplant hat und es tatsächlich funktioniert.“

Kompakt

Direkt-Methanol-Brennstoffzellen werden noch in diesem Jahr marktreif. Sie treten gegen Batterien und Akkus in netzunabhängigen elektrischen Geräten oberhalb zehn Watt an. Die deutsche Firma Smart Fuel Cell hat international derzeit die Nase vorn.

Thorwald Ewe

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