Forschen für neue Alternativen der Energieversorgung

Es gibt sie schon, die schicken Autos, die mit Energie aus Brennstoffzellen fahren. Die kleinen Kraftwerke für Einfamilienhäuser, die Wärme und Strom per Brennstoffzelle liefern. Und auch winzige „Fuel Cells“ für Camcorder oder Laptops hat man schon gesehen. Doch das alles sind nur Prototypen oder Spezialanfertigungen, eine industrielle Massenproduktion gibt es noch nicht.

Warum?

Am Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) in Berlin fand jüngst der Workshop „Modelling and Simulation of PEM Fuel Cells“ statt. PEM steht für Polymerelektrolytmembran und bezeichnet eine bestimmte Klasse von Brennstoffzellen, welche vorrangig für den mobilen Einsatz in Fahrzeugen und Kleingeräten entwickelt werden.

Wie Jürgen Fuhrmann vom WIAS und Mario Ohlberger von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, zwei der Organisatoren des Workshops, erklären, gehören zu den Hauptproblemen der Preis und die Haltbarkeit der Membranen. In Wasserstoff-Brennstoffzellen entsteht flüssiges Wasser, das die Vorgänge in den Zellen beeinflusst. Das Wassermanagement muss verbessert werden. Werden die Brennstoffzellen mit Methanol betrieben, so kommen weitere Probleme, wie die unerwünschte Diffusion des Methanols durch die Membran, sowie die geringe Effizienz der bisher verwendeten Katalysatoren hinzu.

Um ein verbessertes Verständnis der Verhältnisse in der Brennstoffzelle zu erhalten, bietet es sich an, mathematische Modelle und numerische Simulationen zu benutzen. Damit lassen sich die einzelnen Teilprozesse in einen Gesamtzusammenhang bringen. Solche Modelle erlauben es, Auswirkungen des Einsatzes neuer Materialien und von Änderungen von Material- und Designparametern besser zu verstehen und zu quantifizieren. Sind sie einmal verifiziert und liegen ausreichend Daten vor, können diese Modelle benutzt werden, um optimale Parameter für die Auslegung der Zellen zu bestimmen.

Die Formulierung, Weiterentwicklung und Anwendung der mathematischen Modelle und der numerischen Simulationsverfahren war Gegenstand der internationalen Tagung, welche durch das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms „Netzwerke Grundlagenforschung erneuerbare Energien und rationelle Energieanwendung“ geförderte Netzwerk „Wasserstoff- und Methanol-PEM-Brennstoffzellen“ organisiert wurde. Neben den Vertretern der Teilprojekte dieses Netzwerks nahmen an dem Workshop auch Vertreter der Industrie und namhafte nationale und internationale Vertreter des Fachgebiets teil.

Für Nachfragen:
Dr. Jürgen Fuhrmann
Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik in Berlin
Tel.: 030 / 2 03 72-560
Mail: fuhrmann@wias-berlin.de
Dr. Mario Ohlberger
Mathematisches Institut, Abt. für Angewandte Mathematik, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761 / 203-5642
Mail: mario@mathematik.uni-freiburg.de