Mit dem wachsenden Energiebedarf wächst auch unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Die Angst vor der Erschöpfung der Ressourcen und einer zunehmenden Abhängigkeit von ausländischem Öl hat jedoch alternative Energiequellen wie Brennstoffzellen ins Rampenlicht gerückt. Anstatt Kraftstoff zu verbrennen, erzeugen sie durch eine chemische Reaktion Strom. Eine Brennstoffzelle verwendet eine positive Elektrode (die Kathode) und eine negative Elektrode (die Anode) mit einem Elektrolyten dazwischen, um geladene Teilchen zu leiten. Wissenschaftler kennen Brennstoffzellen seit mehr als einem Jahrhundert, und die NASA setzte sie tatsächlich in den 1960er Jahren beim Apollo-Raumschiff und später beim Space Shuttle ein.
Eine der effizientesten Arten von Brennstoffzellen ist die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC). In einer SOFC wird Sauerstoff durch die Kathode geleitet, wodurch negativ geladene Sauerstoffionen freigesetzt werden, die den Elektrolyten von der Kathode zur Anode passieren. An der Anode treffen die Ionen auf ein Brenngas und reagieren unter Freisetzung von Elektronen (sowie Wasser, Kohlendioxid und Wärme). Dadurch entsteht ein Strom nutzbarer Elektrizität. Mehrere Brennstoffzellen werden in einer als Stack bezeichneten Reihe zusammengefügt.
SOFCs erzeugen nicht nur weniger Emissionen, sie sind auch etwa zwei- bis dreimal effizienter als Verbrennungsmethoden. Ein Vorteil, den SOFCs gegenüber Wasserstoffbrennstoffzellen haben, ist die Brennstoffflexibilität – SOFCs können mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden, einschließlich Wasserstoff und Biobrennstoffen. Sie verwenden im Gegensatz zu anderen Brennstoffzellen auch billigeres Keramikmaterial anstelle von Edelmetallen. Sie verlassen sich auch nicht auf die Wiederverwendung von Abwärme (sogenannte Kraft-Wärme-Kopplungssysteme). Aufgrund dieser zahlreichen Vorteile haben sich SOFCs bereits für die Beheizung von Gebäuden bewährt.
Allerdings haben zahlreiche Beschränkungen ihre breite Anwendbarkeit in Dingen wie Autos eingeschränkt. Die SOFCs sind nämlich sehr groß und sehr heiß. Die hohe Temperatur ermöglicht höhere Wirkungsgrade, wirft aber auch technische Probleme auf. Typische SOFCs, die auf dem Markt sind, wie der Bloom Energy Server (bekannt als Bloom Box), verwenden dicke Elektrolyte in den Brennstoffzellen, um strukturelle Unterstützung hinzuzufügen. Dies verursacht jedoch mehr elektrischen Widerstand, der durch hohe Temperaturen überwunden werden muss.
Im Jahr 2011 kündigten Forscher der University of Maryland jedoch Entwicklungen an, die ein neues Design und andere Materialien für den Elektrolyten verwenden, die eine viel kleinere Größe ermöglichen. Die Forscher konnten auch die Betriebstemperatur deutlich von 900 Grad Celsius (1652 Grad Fahrenheit) auf 650 Grad Celsius (1202 Grad Fahrenheit) senken. Das senkt die Kosten für die Dämmstoffe, die zur Verkürzung der Aufheizzeit des Systems notwendig sind.
Obwohl Wasserstoffbrennstoffzellen als die Zukunft von Autos mit alternativer Energie in den Medien viel Aufmerksamkeit erregt haben, glauben viele, dass SOFCs tatsächlich das größte Potenzial für den Transport haben. Auch wenn Entwicklungen SOFCs für den Einsatz in Fahrzeugen immer praktischer machen, könnten wir beispielsweise Autos sehen, die die Batterie von Elektroautos mit der SOFC-Technologie kombinieren.
