Neue Brennstoffzellen-KWK-Generation entwickelt

EU-Forschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen

Im Rahmen eines europäischen Forschungsprojekts wurde der Betrieb einer neuen Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) auf Basis von Brennstoffzellen demonstriert. Die zentrale Idee des Projektes ist, die Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran- (HT-PEM) Brennstoffzellentechnologie als KWK-Konzept für Anwendungen bis 100 kW elektrischer Leistung nutzbar zu machen. Die Technologie war in diesem Leistungsbereich bisher noch nicht verfügbar und erforderte daher die Neuentwicklung für die speziellen Anforderungen in Bezug auf Effizienz, Kosten und Lebensdauer der Brennstoffzellen. Die wesentlichen Einzelkomponenten des Systems sind ein Brenngaserzeuger und der Brennstoffzellen-Stack. Der Betrieb des Stacks ist aus den zwei verschiedenen Energiequellen Wasserstoff und Erdgas möglich. Sofern kein regenerativ erzeugbarer Wasserstoff verfügbar ist, kann das System in den Erdgasbetrieb umgeschaltet werden. Dann wandelt der Brenngaserzeuger Erdgas in Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzellen.

Das getestete Gesamtsystem hat eine elektrische Leistung von bis zu 4,2 kW. Der elektrische Wirkungsgrad im Nennlastpunkt beträgt im Wasserstoffbetrieb 46 %. Die HT-PEM Brennstoffzelle arbeitet bei rund 160 °C und eignet sich ideal zur Wärmeauskopplung in eine bestehende Heizungsinfrastruktur. In einer Vorstudie konnten Alterungsraten der Zellen von rund 4 µV/h nachgewiesen werden, was einer wesentlichen Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik entspricht. Die genannten Eckpunkte sind sehr vielversprechend für eine weitere Kommerzialisierung der Technologie. Für die Vermarktung kann das System durch die Kopplung mehrerer Brennstoffzellenmodule auf bis zu rund 100 kW elektrischer Leistung skaliert werden und wäre damit in der Lage, Strom und Wärme für größere Gebäude beziehungsweise kleine Siedlungen zu erzeugen.

An der Entwicklung dieser neuen Generation von KWK-Anlagen haben acht Industrie- und Forschungspartner aus Dänemark, Deutschland, Italien, Spanien und der Tschechischen Republik gearbeitet. 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. Projektdauer: Juni 2013 bis September 2016.

Das OWI ist eine unabhängige, gemeinnützige und freie Forschungseinrichtung. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung forscht und entwickelt das OWI an Konzepten und Technologien auf dem Gebiet der Wärme- und Stromerzeugung. Der Schwerpunkt liegt auf der energieeffizienten und schadstoffarmen Nutzung flüssiger fossiler und regenerativer Brenn- und Kraftstoffe. Das Ziel ist die Entwicklung energieeffizienter und umweltschonender Produkte, die marktfähig sind. Das OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet das OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie, der Mineralölwirtschaft und der Thermoprozesstechnik.

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