Bild 3: 1 kW Portabler Brennstoffzellen-Generator. Die PEM-Brennstoffzelle ist ein völlig automatisiertes Energiesystem, das Wasserstoff und Sauerstoff, welcher der Umgebungsluft entnommen wird, direkt in Gleichstrom umwandelt. Wasser ist das einzige Nebenprodukt dieser Reaktion. Dieser Brennstoffzellen-Generator, der mit niedrigem Druck funktioniert, liefert zuverlässige, saubere, stabile und leistungsfähige Energie. Er ist klein genug, um dorthin getragen zu werden, wo Energie erforderlich ist. Courtesy of Ballard Power Systems Inc. [Februar 2001]

Die Solid Oxide Brennstoffzelle (SOFC) ist am besten für stationäre Anlagen geeignet. Das System benötigt Betriebstemperaturen über 1000°C. Neuere Systeme sind in Entwicklung, die mit Temperaturen um 700°C funktionieren.

Ein bedeutender Vorteil des SOFC ist die freiere Wahl des Brennstoffes. Wegen der hohen Betriebstemperatur wird der Wasserstoff durch einen katalytischen Reformer-Prozess produziert. Dadurch kann auf externe Reformer verzichtet werden um den Wasserstoff aufzubereiten. Kohlenmonoxid, eine Verunreinigung in den PEM-Systemen, ist der Kraftstoff für das SOFC.  Zusätzlich bietet das SOFC-System ein Wirkungsgrad von 60 Prozent, einer der höchsten unter den Brennstoffzellen.

Höhere Zellentemperaturen verlangen spezielle und futuristische Materialien, die die Herstellungskosten in die Höhe treiben. Die Hitze beeinträchtigt die Lebensdauer und Sicherheit wegen der erhöhten Beanspruchung des Materials. Andererseits bringen hohe Temperaturen auch einen Nutzen, indem sie andere Energieumwandler wie Dampfgeneratoren antreiben. Solche Nebeneffekte verbessern die Leistungsfähigkeit dieses Brennstoffzellen-Systems zusätzlich.

Die alkalische Brennstoffzelle „Alkaline Fuel Cell (AFC)“ bekam erneute Aufmerksamkeit wegen den tiefen Betriebskosten. Obwohl grösser als das PEM-System hat die alkalische Brennstoffzelle das Potential zu tieferen Herstellungs- und Betriebskosten. Das Wasser-Management ist einfacher, gewöhnlich wird kein Kompressor gebraucht und die Materiale sind günstiger. Während die Trenneinrichtung der PEM-Zelle zwischen $800 und $1,100 pro Quadratmeter kostet, ist das Äquivalent für das alkalische System fast vernachlässigbar. (Im Vergleich: Die Trenneinrichtung einer Bleisäure Batterie kostet $5 pro Quadratmeter.) Betriebskosten von $100 bis $200 sind realisierbar. Start und Stop (fluten und trocknen) ist akzeptabler als bei den meisten anderen Systemen.

Leider braucht die ALFC reinen Sauerstoff und Wasserstoff um zu funktionieren. Die Menge von Kohlendioxid in der Luft kann die alkalische Brennstoffzelle vergiften. Es sollte aber dennoch gesagt werden, dass Kohlendioxid leichter zu entfernen ist als Kohlenmonixid, ein Mangel des PEM-Systems.

Anwendungen — Die Brennstoffzelle wird als Ersatz für den normalen Verbrennungsmotor von Autos, Lastwagen und Bussen betrachtet. Grosse Autohersteller arbeiten zusammen mit Brennstoffzellen-Forschungszentren oder forschen alleine. Es existieren Pläne für die Massenproduktion von Autos, die mit Brennstoffzellen angetrieben werden. Wegen der niedrigen Betriebskosten des Verbrennungsmotors und einiger ungelösten technischen Probleme der Brennstoffzelle sagen Experten, dass eine Lancierung der brennstoffzellenangetriebenen Autos nicht vor 2015 eintritt, wenn nicht sogar erst im Jahre 2020.

Grosse Kraftwerke im Bereich von 40'000 kW werden wahrscheinlich schneller sein als die Autoindustrie. Solche Systeme könnten auch die entferntesten Standorte innerhalb der nächsten zehn Jahre mit Elektrizität versorgen. Viele dieser Regionen haben einen Überfluss an fossilen Brennstoffen, welche gebraucht werden könnten. Die Zellen dieser grossen Energiewerke würden länger halten als die mobilen Anwendungen, da sie nicht den Erschütterungen und grossen Temperaturunterschieden ausgesetzt wären.

Energieversorgungen zu Hause werden auch geprüft. Solch ein Element würde im Keller oder ausserhalb des Hauses platziert, ähnlich einer Klimaanlage eines typischen Mittelklasse-Hauses in Nordamerika. Der Brennstoff würde Erdgas oder Propan sein, eine Ware, die in vielen ländlichen Gebieten erhältlich ist.

Die Brennstoffzelle könnte bald mit Akkus für die portable Anwendung, wie sie in Laptops und mobilen Telefonen vorkommen, konkurrieren. Dennoch, aktuelle Technologien haben Grenzen, was die Kosten und das Grössenkriterium für kleine portable Geräte anbelangt. Zusätzlich sind die Kosten pro Wattstunde für Kleinsysteme erheblich höher als für grosse Anlagen.

Lassen Sie uns die entstehenden Kosten, um ein Kilowatt (kW) Energie zu produzieren, noch einmal überprüfen. In Bild 3 erfuhren wir, dass die Investition, um 1kW Energie einer wiederaufladbaren Batterie zu produzieren, ungefähr $ 7000US beträgt. Diese Rechnung basiert auf 7.2V; 1000mAh NiCd Bündel, die je $50 kosten.

Die hohen Kosten für portable Energieträger öffnen der Brennstoffzelle viele Möglichkeiten. Bei einer Investition von $3,000 bis $7,000 um ein Kilowatt Energie herzustellen ist die Energie aus Brennstoffzellen aber immer noch nur wenig billiger als diejenige aus konventionellen Akkus.

Direct Methanol (DMFC), die Brennstoffzelle, die für die portable Anwendung vorgesehen ist, wird den Akku nicht notwendigerweise ersetzen, aber wird als Ladegerät, das separat gebraucht wird, dienen. Massproduzierte Brennstoffzellen, die der Form eines Akkus ähneln, werden erst in einigen Jahren möglich sein.

Die Vorteile der portablen DMFC sind: Die relative hohe Energiedichte (bis zu fünf mal mehr als bei einem Li-ion Akku); flüssiger Brennstoff als Energieträger, umweltgerecht, schnelles Laden und lange Laufzeiten. Eine Verwendung im Dauerbetrieb ist durchaus möglich. Es wurden kleine Brennstoffzellen vorgestellt, die mit einer Effizienz von 20% und während rund 3000 Stunden liefen, bevor sie ersetzt werden mussten. Es gibt eine Verschlechterung während der Nutzung der Zelle. Portable Brennstoffzellen sind immer noch im experimentellen Stadium.