3 Die frühe Geschichte

Entdeckt wurde Wasserstoff 1766 vom Engländer H. CAVENDISH und dann noch einmal, unabhängig von CAVENDISH, 1787 durch A. LAVOISIER, der die ersten systematischen Experimente durchführte. Ihm gelang so u. a. die Zerlegung von Wasser über heißem Eisen in Eisenoxid und Wasserstoff - ein Weg, um die Natur des Wassers aufzuklären, von dem man lange annahm, es sei ein elementarer Stoff. Dass Wasserstoff mit Luft (heute genauer: dem Sauerstoff der Luft) zu Wasser verbrannte, führte ihn zur Namensbildung "hydro-?gène", die bis heute mit "Hydrogen" im englischen Sprachgebrauch überlebt hat.

Ritter und seine Apparatur; Quelle: Peter Kurzweil, Elektrochemische Speicher, S. 363-472

"1800 führte J. W. RITTER, Physiker und romantischer Naturphilosoph, die erste quantitative Wasserelektrolyse durch, nachdem W. NICOLSON und A. CARLISLE kurz zuvor erstmals Wasser elektrolytisch zerlegt hatten. Allerdings war das von ihm ermittelte Verhältnis von Wasserstoff- zu Sauerstoffgas (2,5:1) noch nicht exakt und seine Deutung des Experiments unzutreffend. Er betrachtete das Wasser als Element und vermutete, dass dieses unter dem Einfluss der Elektrizität zwar die Gestalt von Wasserstoff- und Sauerstoffgas annehme, dabei jedoch nicht zerfalle." RITTERS Apparatur zeigt Abb. 3-1.

Wasserstoff, deutlich leichter als Luft, war und ist auch ein Traggas. Seine Verwendung in Ballons geht auf J. CHARLES zurück. Nachdem er am 27. August 1783 auf dem Marsfeld in Paris mit einem unbemannten Ballon von 4 m Durchmesser und 9 kg Traglast erfolgreich experimentiert hatte, wagte er einen bemannten Versuch: Am 1. Dezember 1783, kurz nach dem Start der Brüder MONTGOLFIER mit einem Heißluftballon, stieg J. CHARLES mit einem mit Wasserstoff gefüllten gummierten Seidenballon auf und erreichte 914 m Höhe sowie eine durchaus größere Flugweite. Sein Ballon, von ihm "Charlière" genannt, war von einem Netz ummantelt, an dem eine kleine bootsähnliche Gondel hing.

Luftschiff Erbslöh 1909 vor seinem Hangar, Technische Daten: Länge: 53,20 m, Antrieb: Motor mit 92 kW (125 PS), zweiflügelige Luftschraube, 1909; Quelle: 2016 FAMILIENVERBAND ERBSLÖH

Auch Luftschiffe, durch F. GRAF VON ZEPPELIN ab 1900 populär gemacht, wurden zunächst mit Wasserstoff befüllt. Unfälle blieben nicht aus. Am 1. Dezember 1909 absolvierte das von O. EBSLÖH konstruierte Luftschiff Erbslöh seine offizielle Jungfernfahrt. Die Erbslöh unternahm eine Reihe erfolgreicher Fahrten - bis zum 13. Juli 1910, an dem die Erbslöh verunglückte. Ihr Namensgeber O. ERBSLÖH und vier Begleiter kamen ums Leben. Wie später ermittelt wurde, hatten Motorfunken den als Traggas verwendeten Wasserstoff entzündet und zur Explosion gebracht. Abb. 3-2 zeigt die Erbslöh mit ihrer eigentümlichen Gondel.

Die leichte Entzündlichkeit von H2-Luft-?Gemischen provozierte weitere Unfälle. Als größte Katastrophe in diesem Zusammenhang gilt das nie vollständig geklärte Unglück der Dixmude, die als LZ-114 in Deutschland gebaut worden war und 1920 als Reparationsgut von einer deutschen Mannschaft nach Maubeuge verbracht wurde, wo sie den neuen Namen Dixmude erhielt. Sie explodierte 1923 auf dem Flug von Toulon nach Salah, etwa 930 Meilen südwestlich von Tunis. 50 Personen waren an Bord, die Mannschaft und sieben Passagiere; ein Mahnmal in Pierrefeu-?du-?Var in der Provence erinnert an sie.

Bekannter wurde noch das Unglück der Hindenburg im Jahr 1937, bei dem 37 Menschen starben. Es dauerte nur wenig mehr als eine halbe Minute, um das seinerzeit und bis heute weltgrößte Flugobjekt zu zerstören, das im Anflug auf Lakehurst war, den US-?Luftschiffhafen rund 100 Kilometer südlich von New York. 22 Besatzungsmitglieder, 13 Passagiere und ein Landehelfer kamen ums Leben. Auch wenn trotz des Sturzes aus etwa 80 Meter 62 der insgesamt 97 Personen an Bord überlebten, ging das Unglück als Katastrophe um die die Welt und bedeutete letztlich das (vorläufige) Ende der zivilen Luftschifffahrt.

Die Katastrophe hatte einen letztlich politischen Hintergrund: Wasserstoff als Traggas war zwar aus Sicherheitsgründen mittlerweile durch Helium ersetzt, jedoch hatte es die amerikanische Marine abgelehnt, Helium an das nationalsozialistische Deutschland zu liefern. Die Mannschaft hatte also keine Wahl und musste die Hindenburg, wie die anderen deutschen Luftschiffe auch, mit Wasserstoffgas füllen.

Wasserstoff als Traggas ist heute nur noch gelegentlich in Sonderfällen in Gebrauch, z. B. mit entsprechend hohe Sicherheitsvorgaben für die täglichen Wetterballone.

Die Elektrolyse wurde im 19. Jahrhundert rasch populär und auf empirischer Basis praktisch zu einem Standardverfahren. Mit ihrer Hilfe gelangen die verschiedensten Zerlegungen: 1802 stellten HISINGER und J. J. BERZELIUS Chlorat aus Kochsalz her. Im Zeitraum 1807-1818 gelang H. DAVY der Reihe nach die elektrolytische Gewinnung von Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium und schließlich auch noch von Lithium. 1849 berichtete KOLBE über die Elektrolyse von organischen Verbindungen. 1855 erhielt BUNSEN aus einer Schmelze größere Mengen an Lithiummetall. 1864 nutze der Amerikaner GIBBS die Elektrolyse zur quantitativen Analyse und schied Kupfer und Nickel elektrolytisch ab.

Theodor von Grotthus (*1785, ┼ 26. März 1822); Quelle: Zeitschrift für Physikalische Chemie, Bd. 58; 1907, Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig

TH. GROTTHUß, der zeitgenössisch kaum beachte wurde und den Abb. 3-3 noch einmal in die Gegenwart zurückholt, versuchte im Jahr 1805 eine erste Erklärung am Beispiel der Wasserzersetzung. Er unterstellte, dass die angelegte Spannung eine Aufteilung in positiven Wasserstoff und negativen Sauerstoff bewirkte. Was TH. GROTTHUß mit seiner Theorie jedoch nicht erklären konnte, war die elektrolytische Abscheidung bei der Verwendung von Salzen, Säuren und Basen.

Das tiefere Verständnis der Elektrolyse ließ allerdings auf sich warten ? erst S. ARRHENIUS entwickelte 1884-1887 eine brauchbare Theorie der elektrolytischen Dissoziation.

Auch Brennstoffzellen sind keine Entdeckung des 20. Jahrhunderts. Ihr Wirkungsprinzip, das auf der Umkehrung der Wasserelektrolyse beruht, fand 1838 C.- F. SCHÖNBEIN heraus. Er benutzte einen flüssigen Elektrolyten und tauchte zwei Platindrähte ein, denen er Wasserstoff bzw. Sauerstoff zuführte. Sein Ergebnis war der Nachweis einer Spannung, die sich daraufhin zwischen den Drähten aufbaute. Seine Entdeckung veröffentlichte er 1839, also ein Jahr später. Meist wird hier SIR WILLIAM GROVE als Entdecker genannt, der jedoch auf den Arbeiten von SCHÖNBEIN aufbaute und so zu seinem "Groveschen Element" von 1844 kam. Die Reihenschaltung solcher Zellen lieferte ihm schließlich eine brauchbare Spannungsquelle, die er "Gasbatterie" nannte. Seine später auf zehn Elemente erweiterte Anordnung zeigt Abb. 3-4.

Gasbatterie nach Grove; Quelle: W. Ostwald, Elektrochemie, Leipzig 1896, Fig. 180

Der Weg zu einer Spannungsquelle mit kontinuierlichem Betrieb schien gelungen, zumal sich auch andere Brenngase anboten wie das aus Kohle, Luft und Wasser hergestellte "Mondgas", das auf den Chemiker C. LANGER und den deutsch-?englischen Chemie-?Industriellen L. MOND zurückgeht. Im Zuge ihrer Versuche 1889 entstand auch ein neuer Begriff: Brennstoffzelle (fuel cell).

Da hatte der Wasserstoff schon begonnen, die Fantasie der Menschen zu beflügeln: "Wasserstoff und Sauerstoff werden zur unerschöpflichen und bezüglich ihrer Intensität ganz ungeahnten Quelle der Wärme und des Lichts werden - und dies mit einer Intensität, zu der Kohle nicht fähig ist."

Nicht alle Erwartungen erfüllten sich, so auch nicht der von F. W. OSTWALD vorgeschlagene Weg, Kohle als Brennstoff zu verwenden. Seine Erwartungen formulierte er so:

"Der Weg nun, auf welchem diese grösste aller technischen Fragen, die Beschaffung billiger Energie, zu lösen ist, dieser Weg muss von der Elektrochemie gefunden werden. Haben wir ein galvanisches Element, welches aus Kohle und dem Sauerstoff der Luft unmittelbar elektrische Energie liefert, und zwar in einem Betrage, der einigermaßen im Verhältnis zu den theoretischen Werten steht, dann stehen wir vor einer technischen Umwälzung, gegen welche die bei der Erfindung der Dampfmaschine verschwinden muss."

OSTWALDS Beitrag zur Entwicklung der Brennstoffzelle war erheblich. Seine...