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Der vom ehemaligen Bundespräsidenten Roman Herzog 1997 ins Leben gerufene Deutsche Zukunftspreis soll die Bedeutung von Spitzenleistungen in Wissenschaft und Technik für eine erfolgreiche Weiterentwicklung des Landes stärker ins öffentliche Bewusstsein bringen. Die mit 500 000 DM dotierte Auszeichnung wird jährlich verliehen. Dieses Jahr wurde Dr. Angelika Heinzel vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, gemeinsam mit Dr. Roland Nolte, ehemals Fraunhofer ISE, nominiert. Ihr Thema: Die Entwicklung einer Streifen-Brennstoffzelle zur Energieerzeugung in kleinen portablen elektronischen Geräten. Mit der Freiburger Forscherin ist erstmals eine Frau unter den Nominierten.
Brennstoffzellen sind eine attraktive Alternative für die umweltfreundliche Energieversorgung. Die Bandbreite der Einsatzgebiete reicht von großen Kraftwerken, über Blockheizkraftwerke übers Auto bis hin zu elektronischen Kleingeräten. Bei tragbaren Geräten könnten Brennstoffzellen Akkus und Batterien ersetzen. Brennstoffzellen wandeln in einem emissionsfreien elektrochemischen Prozess Wasserstoff und Luftsauerstoff in Strom und Wärme um. Ein weiterer Vorteil ist der modulare Aufbau der Brennstoffzelle und damit verbunden die leichte Skalierbarkeit der Leistung. Zudem lassen sich Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle - Kapazität und Leistung - unabhängig dimensionieren. Die übliche Bauweise von Brennstoffzellen ist die Stapelkonstruktion: Eine Vielzahl von Einzelzellen wird hintereinander angeordnet, dabei parallel mit Gas versorgt und elektrisch in Serie verschaltet. Dieser komplexe Aufbau ist für hohe Leistungsdichten, wie sie etwa für elektrisch angetriebene Autos benötigt werden, die beste Lösung. Im Bereich portabler Systeme kleiner Leistung bietet sich jedoch eine andere Konstruktionsvariante an, die Streifen-Brennstoffzelle.
Die ersten Patente und Arbeiten für die Entwicklung einer Brennstoffzelle im kleinen Leistungsbereich wurden von Prof. Konstantin Ledjeff-Hey initiiert, der von 1982 bis 1996 Abteilungsleiter am Fraunhofer ISE war. Anders als bei den herkömmlichen Brennstoffzellen werden hier die einzelnen Zellen nebeneinander angeordnet und nicht aufeinander gestapelt. Dadurch sind sie extrem flach und flexibel und können in beliebige Gehäuseformen eingebaut werden. Mehrere Streifenzellen lassen sich wiederum zu einem Stapel kombinieren. Gleichzeitig erlaubt die Konstruktionsweise, dass die Rahmen der Brennstoffzellen deutlich einfacher und aus einem kostengünstigen Kunststoff gefertigt werden können. Material und Bauweise machen die Serienproduktion möglich. Damit könnte die Streifenzelle bald Batterien in vielen portablen elektronischen Geräten ersetzen - ein Marktpotential in Milliardenhöhe.
Für einen Siemens Nixdorf Laptop konstruierten die Freiburger Forscher bereits 1998 ein Labormodell. Diese Brennstoffzelle besitzt eine Leistung von 25 W und ist bestückt mit Membranen der Firma Aventis, der Wasserstoffspeicher hat eine Kapazität von 400 Wh. Diese Menge an Wasserstoff, etwa 130 l, ist in einem Metallhydridmaterial der Firma GFE Metalle und Materialien gespeichert. Beide Komponenten sind etwa so groß wie die Batterie für den Laptop. Doch im Gegensatz zu den zwei bis drei Stunden Betriebszeit, die die Batterie liefert, reicht der Wasserstoff für zehn Stunden Betrieb.
Selbst im Vergleich mit relativ teuren Lithium-Ionen-Batterien zeigt sich, dass Streifen-Brennstoffzellen schon heute eine höhere Energiedichte pro Volumeneinheit erzielen können. Die lange Lebensdauer und gute Recyclingkonzepte bieten weitere Vorteile gegenüber Batterien. Das Entwicklungspotential ist noch groß: Als nächste Herausforderung steht eine Miniaturisierung aller Komponenten an.
Der Deutsche Zukunftspreis zeichnet eine Einzelperson oder eine Personengruppe für eine hervorragende technische, ingenieur- oder naturwissenschaftliche Innovation aus. Die gesicherte Anwendungsmöglichkeit, verbunden mit uneingeschränkter Marktfähigkeit sowie die Schaffung von Arbeitsplätzen bei der Umsetzung sind wesentliche Kriterien. Eine Jury unabhängiger Fachleute aus Wissenschaft und Praxis wählte aus einer Vielzahl von Vorschlägen vier Entwicklungen aus und entscheidet am 7. Dezember 1999 über den Preisträger. Bundespräsident Johannes Rau überreicht auf einer Galaveranstaltung des ZDF im Deutschen Theater in Berlin den Preis. Am Folgetag, am 8. Dezember um 20.15 Uhr, wird die Gala im ZDF übertragen.
Ansprechpartnerin:
Karin Schneider
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Oltmannstraße 5, D-79100 Freiburg
Telefon 07 61/45 88-1 47, Telefax 07 61/45 88-3 42
email: kschneid@ise.fhg.de
Criteria of this press release:
Biology, Electrical engineering, Energy, Environment / ecology, Oceanology / climate, Social studies
transregional, national
Personnel announcements, Research results
German
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