Wasserstoff ist kein Primärenergieträger - er kann nicht aus natürlichen Quellen gewonnen werden - und muss daher eigens erzeugt werden. Er wird entweder aus kohlenwasserstoffhaltigen, fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise Erdgas) durch die sogenannte Reformierung oder mittels Elektrolyse von Wasser hergestellt.
Vor der Aufbereitung eines Brenngases muss der kohlenwasserstoffhaltige Energieträger generell bei jedem Brennstoffzellentyp gereinigt und entschwefelt werden (Schwefelgehalt <1ppm). Bei phosphorsauren Brennstoffzellen (PAFC) und Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC) wird der Wasserstoff durch externe Reformierung erzeugt. Wasser und zum Beispiel Erdgas (Methan) werden hier unter Zuführung von Wärme in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt (Dampfreformierung). Während des nachgeschalteten Prozesses im sogenannten Shift-Konverter wird zwar bei der Umwandlung von verbleibendem Kohlenmonoxid und Wasser in Kohlendioxid und Wasserstoff wiederum Wärme frei, aber nicht genug, um den endothermen Reformierungs-Prozess aufrecht zu halten. Zusätzliches Erdgas oder der von der Brennstoffzelle nicht verbrauchte Restwasserstoff werden zur Wärmeerzeugung genutzt. Der Reformer beeinträchtigt damit die energetische Bilanz eines Brennstoffzellensystems, indem rund 20 % der eingesetzten Energie für Prozessenergie verwendet werden (siehe auch Kapitel zum Brennstoffzellen-Gesamtsystem).
Die oxidkeramische Brennstoffzelle kann anstelle von Wasserstoff auch die Kohlenstoff-Komponenten der Kohlenwasserstoffe in Energie umwandeln.
Die verschiedenen Schritte der Brenngasaufbereitung zeigt die Abbildung. Die Entfernung des Kohlenmonoxids ist vor allem bei der PEFC von entscheidender Bedeutung, da es als Katalysatorgift wirkt und damit die Leistung der Zelle verringert.
Brenngaserzeugung
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Brennstoffzellen arbeiten sehr schadstoffarm. Beim Erdgas- und Methanolbetrieb entstehen Wasser und Kohlendioxid. In Abhängigkeit vom Systemwirkungsgrad*
Bei Strom- und Wärmeversorgung werden die Kohlendioxid-Emissionen gegenüber Motor-BHKW weiterhin reduziert. Die Schadstoffemissionen Stickoxide, Kohlenmonoxid und andere unverbrannte Kohlenwasserstoffe erreichen zum Beispiel bei der phosphorsauren Brennstoffzelle 1/100 bis 1/20 der aktuellen gesetzlichen Grenzwerte. Bei Wasserstoffbetrieb entstehen keine Kohlendioxid-Emissionen und, da die Systemtemperaturen im Vergleich zur konventionellen Feuerung niedrig sind, kaum noch Stickoxide. (Da je nach Verfahren auch die Wasserstofferzeugung nicht frei von CO2-Emissionen ist (Ausnahme ist z.B. der Pfad Fotovoltaische Stromgewinnung - Wasserelektrolyse), ist gesamtökologisch betrachtet die Energieumwandlung mit Hilfe von Brennstoffzellen nicht kohlendioxidfrei).
*Der Systemwirkungsgrad berücksichtigt neben dem Umwandlungswirkungsgrad der Brennstoffzelle auch den Energiebedarf der Komponenten der Brennstoffzellenanlage wie Reformer, Verdichter, Gebläse, etc.