Neue Brennstoffzellen für KWK von EU-Forschern entwickelt

Neue Brennstoffzellen für KWK von EU-Forschern entwickelt

Im Rahmen eines dreijährigen (2013 bis 2016) EU-Forschungsprojekts wurde der Betrieb einer neuen Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) auf Basis von Brennstoffzellen entwickelt. Dabei wurde die Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellentechnologie (HT-PEM) für Anwendungen bis 100 kW elektrischer Leistungen als KWK-Konzept nutzbar gemacht.

Neue Brennstoffzellen für KWK von EU-Forschern entwickelt
Eine neue Brennstoffzellen-KWK-Anlage absolvierte erfolgreiche Testläufe auf dem Prüfstand. - Quelle: OWI

Die Technologie war im niedrigen Leistungsbereich bisher nicht verfügbar. Eine Neuentwicklung für den Bereich in Bezug auf Effizienz, Kosten und Lebensdauer der Brennstoffzellen war nötig. Acht Industrie- und Forschungspartner aus Dänemark, Deutschland, Italien, Spanien sowie der Tschechischen Republik haben sich an der Entwicklung beteiligt.

Betrieb mit Erdgas oder Wasserstoff
Die wesentlichen Einzelkomponenten des Systems sind ein Brenngaserzeuger und der Brennstoffzellen-Stack. Der Stack wird aus den zwei Energiequellen Wasserstoff und Erdgas betrieben. Sofern kein regenerativ erzeugbarer Wasserstoff verfügbar ist, kann das System in den Erdgasbetrieb umgeschaltet werden. Der Brenngaserzeuger wandelt dann Erdgas in Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzellen um.
Das getestete Gesamtsystem hat eine Leistung von bis zu 4,2 kW. Der elektrische Wirkungsgrad im Nennlastpunkt beträgt im Wasserstoffbetrieb 46 Prozent. Die HT-PEM-Brennstoffzelle arbeitet bei rund 160 Grad Celsius und eignet sich ideal zur Wärmeauskopplung in eine bestehende Heizungsinfrastruktur.

Strom und Wärme für größere Gebäude und kleinere Siedlungen
In einer Vorstudie konnten Alterungsraten der Zellen von rund 4 µV/h nachgewiesen werden, was einer wesentlichen Verbesserung gegenüber dem Stand der derzeitigen Technik entspricht.
Die Kommerzialisierung des Verfahrens scheint mit den genannten Größen laut Oel-Waerme-Institut OWI sehr vielversprechend. Durch die Kopplung mehrerer Brennstoffzellenmodule kann das System bis auf 100 kW elektrischer Leistung skaliert werden. Es wäre damit in der Lage, Strom und Wärme für größere Gebäude bzw. kleinere Siedlungen zu erzeugen.

OWI verantwortlich für die Koordination
Die OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH koordinierte die Arbeitspakete zur Entwicklung der Systemkomponenten sowie zum Aufbau und Test des Evaluierungssystems. Darüber hinaus hat OWI in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern das KWK-Konzept entworfen, die Parameter zur Auslegung definiert und Auslegungsrichtlinien entwickelt.
Das Forschungsprojekt mit dem Namen „CISTEM“ (Construction of Improved HT-PEM MEAs and Stacks for Long Term Stable Modular CHP Units) wurde durch die Förderinitiative „Fuel Cells and Hydrogen“ (FCH), Joint Undertaking (JU) mit Mitteln der Europäischen Union der Forschungsförderung im 7. Rahmenprogramm (FP7), Grant Agreement No. 325262 gefördert.