Die PEM-Brennstoffzelle (PEM = Proton Exchange Membrane) hat sich in den letzten Jahren als vielversprechende Technologie für die nachhaltige Energiegewinnung etabliert. Diese Zellen spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation des Energiesektors, insbesondere im Kontext der Dekarbonisierung und der Suche nach effizienten Alternativen zu fossilen Brennstoffen.
Was ist eine PEM-Brennstoffzelle?
Funktionsweise
Eine PEM-Brennstoffzelle wandelt chemische Energie aus Wasserstoff direkt in elektrische Energie um. Der zentrale Bestandteil ist die Protonen-Austausch-Membran. Die lässt nur Protonen, nicht aber Elektronen oder Gase durch.
Dadurch können Wasserstoff und Sauerstoff gezielt getrennt werden und es findet eine präzise Umwandlung von Energie statt. Als Nebenprodukt tritt einzig Wasser auf, sodass keinerlei Umweltbelastung zu befürchten ist.
Aufbau und Komponenten einer PEM-Brennstoffzelle
Die PEM-Brennstoffzelle besteht aus mehreren Komponenten:
- Anode: Hier wird Wasserstoff in Protonen und Elektronen gespalten.
- Kathode: An dieser Stelle reagieren Protonen mit Sauerstoff zu Wasser.
- Membran: Die Protonen-Austausch-Membran, die den Protonenfluss ermöglicht.
- Katalysatoren: Platin-basierte Materialien, die die Reaktionen an Anode und Kathode beschleunigen.
Aktueller Stand bei PEM-Brennstoffzellen
PEM-Brennstoffzellen zeichnen sich durch hohe Effizienz aus, die typischerweise zwischen 50% und 70% liegt. Wird auch die Abwärme genutzt, lässt sich der elektrische Wirkungsgrad grundsätzlich noch weiter steigern. Die Leistungsfähigkeit der Zellen hängt jedoch auch stark von den verwendeten Materialien und der Betriebsweise ab.
Die Materialien der Membran und der Katalysatoren sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Zellen. Aktuelle Forschungen konzentrieren sich auf die Entwicklung kostengünstigerer und langlebigerer Materialien, um die Wirtschaftlichkeit der Technologie zu verbessern.
Wo kommt die PEM-Brennstoffzelle zum Einsatz?
Transportwesen
PEM-Brennstoffzellen finden breite Anwendung im Transportwesen. Brennstoffzellenfahrzeuge (FCVs) nutzen diese Technologie, um emissionsfrei und effizient zu fahren. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Antriebstechnologien liegen in der hohen Reichweite und der kurzen Betankungszeit.
Würde ich persönlich vor einem Fahrzeugkauf stehen, könnte mich aber die fehlende Betankungsinfrastruktur noch dezent abschrecken. Um das System massentauglich zu machen, sind noch erhebliche Investitionen erforderlich.
Stationäre Energieversorgung
Interessanter sind PEM-Brennstoffzellen bei der stationären Energieversorgung. Sie können zur dezentralen Stromerzeugung und als Backup-Lösung in Stromnetzen genutzt werden. Ihre Flexibilität und Effizienz machen sie zu einer attraktiven Option für die Integration erneuerbarer Energien. Das gilt nicht zuletzt für Projekte, die nicht ohne Weiteres an ein bestehendes Netz angeschlossen werden können.
Gerade in mobilen Anwendungen und der Elektronik bieten PEM-Brennstoffzellen Vorteile durch ihre hohe Energiedichte und Zuverlässigkeit. Tragbare Brennstoffzellen können in Bereichen wie der Notstromversorgung und in abgelegenen Regionen genutzt werden.
Herausforderungen und Chancen der PEM-Brennstoffzelle
Die ökologische Bilanz von PEM-Brennstoffzellen ist vielversprechend, insbesondere wenn grüner Wasserstoff verwendet wird, der ausschließlich mit erneuerbaren Energien hergestellt wurde. Herausforderungen bestehen in der Herstellung und Entsorgung der Zellen, die umweltfreundlicher gestaltet werden müssen.
Technische Hürden wie die Haltbarkeit der Membran und die Kosten der Katalysatoren gilt es, zu verbessern. Fortschritte in der Materialwissenschaft und verbesserte Herstellungsverfahren bieten vielversprechende Lösungen, oftmals handelt es sich dabei bisher aber noch um Gedankenspiele.
Prognosen zur PEM-Brennstoffzelle
Der Markt für PEM-Brennstoffzellen wächst stetig. Aller Voraussicht nach werden die Kosten für solche Systeme in Zukunft weiter fallen, was die Technologie wettbewerbsfähiger macht. Die steigende Nachfrage nach nachhaltigen Energielösungen treibt diese Entwicklung zusätzlich an. Hier dürften wohl auch steigende CO2-Kosten eine große Rolle spielen.
Laut den Marktforschern von Mordor Intelligence wird der Markt für PEM-Brennstoffzellen im Zeitraum von 2024 bis 2029 ein signifikantes Wachstum erleben. Die Marktkapitalisierung wird voraussichtlich von 3,58 Milliarden USD im Jahr 2024 auf 8,34 Milliarden USD im Jahr 2029 ansteigen, was einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 18,43% entspräche.
Marktführer bei PEM-Brennstoffzellen
Im Bereich der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen gibt es einige führende Unternehmen, die durch Innovation und technologische Fortschritte hervorstechen und auch an der Börse immer wieder für Aufsehen sorgen. Diese Unternehmen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Kommerzialisierung von PEM-Brennstoffzellen.
Ballard Power Systems
Ballard Power Systems gilt als einer der Pioniere im Bereich der Brennstoffzellentechnologie. Die kanadische Firma entwickelt und produziert Brennstoffzellen für verschiedene Anwendungsbereiche. Dazu zählen zum Beispiel Transport, stationäre Energieversorgung und tragbare Geräte.
Plug Power
Plug Power Inc., mit Sitz in den USA, ist ein führender Anbieter von Wasserstoff-Brennstoffzellenlösungen, insbesondere für den Materialtransport und die Elektromobilität. Das Unternehmen hat bedeutende Fortschritte in der Entwicklung von PEM-Brennstoffzellen gemacht und bietet Komplettlösungen an, die von der Wasserstoffproduktion bis zur Bereitstellung von Brennstoffzellen reichen.
Plug Power fällt immer wieder durch größere Projekte auf, ja. Doch ich sehe bei dem Unternehmen gleichzeitig auch anhaltende Liquiditätsprobleme, welche regelmäßig mit neuen Krediten und Kapitalerhöhungen angegangen werden.
ITM Power
Das britische Unternehmen ITM Power spezialisiert sich auf die Herstellung von PEM-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen. Das Unternehmen hat sich als führender Anbieter von Lösungen zur Wasserstofferzeugung und -speicherung etabliert. ITM Power profitiert von einer starken Präsenz in Europa und beteiligt sich an vielen bedeutenden Projekten zur Förderung der Wasserstofftechnologie. Der Auftragseingang lässt bisher aber noch etwas zu wünschen übrig.
PowerCell Sweden
PowerCell Sweden AB aus Schweden stellt PEM-Brennstoffzellen her, die in Automobilen, Schiffen und in stationären Energieerzeugungssystemen Verwendung finden. Neuigkeiten zu dem einst vielbeachteten Unternehmen sind momentan allerdings rar gesät, was meiner Ansicht nach aus Anlegersicht als Warnsignal zu verstehen ist. Für keines der hier genannten Unternehmen gibt es eine Garantie dafür, dass Fortschritte bei PEM-Brennstoffzellen eines Tages zu sprunghaften Umsatzanstiegen führen werden.
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