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Brennstoffzellentechnik

 

Die Faszination der Brennstoffzelle beruht auf dem Prinzip der kalten Verbrennung. Man gewinnt bei der kontrollierten Zusammenführung (kalte Verbrennung) elektrische Energie und klares, reines, heißes Wasser. Diese Technologie lässt vor allem deswegen großes Potential für die Zukunft erhoffen, da der elektrische Wirkungsgrad bis zu 60% beträgt und ganzjährig effizient heißes Brauchwasser zur Verfügung stellt.

Die Brennstoffezellentechnik stellt eine Alternative zu herkömmlichen, motorbetriebenen BHKWs dar. Leistungstechnisch reihen sich die Brennstoffzellen BHKWs in die Kategorie der Mikro-BHKWs (bis 10 kW) ein. Durch den vergleichbar hohen elektrischen Wirkungsgrad von 60 % wird diese Technik vordergründlich zur Stromversorgung eingesetzt. Die Wärmeentwicklung beim Prozess der kalten Verbrennung ist eher gering und eignet sich somit nicht für einen kompletten Heizungsersatz, sondern eher für den Brauchwasserbedarf.

Im Gegensatz zu konventionellen BHKWs benötigen diese Anlagen keine Antriebseinheit zur Erzeugung elektrischer Energie, sondern nutzen das Prinzip der kalten Verbrennung zur Bereitstellung von Strom. Hierbei wird wasserstoffreichen Brennstoffen wie z.B. Erdgas mittels einer chemischen Reaktion die enthaltene Energie entzogen und in Elektrizität, Wärme sowie Wasser umgewandelt. Das Prinzip der Brennstoffstelle ähnelt in Grundzügen dem einer Batterie, welche Gleichstrom aus einer chemischen Reaktion bereitstellt. Auch die Brennstoffzelle verfügt über eine Anode, eine Kathode und ein Elektrolyten. Während über die Kathode heißer Sauerstoff geleitet wird, wandern Sauerstoffionen durch die keramische Elektrolytmembran und reagieren auf der Anodenseite mit dem im Erdgas enthaltenen Wasserstoff. Es baut sich somit eine Spannung zwischen Anode und Kathode auf. Solange dem elektrochemischen Prozess genügend Wasserstoff und Luft zur Verfügung steht, wird in der inneren Anordnung von Anode, Kathode und Elektrolyten kontinuierlich Strom und Wärme erzeugt. Dadurch, dass auf Verbrennungsmotoren verzichtet werden kann, geht der Prozess der Energieumwandlung lautlos vonstatten.

Aktuell befindet sich der Fokus auf zwei verschiedenen Systemen. Das erste System stellt die PEM-Brennstoffzelle („Proton Exchange Membran“) dar; das zweite die SOFC-Brennstoffzelle („Solid Oxide Fuel Cell“). Das PEM System arbeitet im Niedrigtemepratur-Bereich zwischen 60 °C und 90 °C und kann nicht direkt mit Erdgas betrieben werden. Für den Prozess dieses Systems wird reiner Wasserstoff benötigt, welcher über einen vorgeschalteten Reformer aus Erdgas gewonnen wird. Im Gegensatz dazu benötigen SOFC-Zellen keinen reinen Wasserstoff, da diese im Hochtemperatur-Bereich (600 °C - 900°C) arbeiten. Ein vorgeschalteter Reformer ist hier also nicht vonnöten.

Das aktuell einzig serienmäßig produzierte Brennstoffzellen-BHKW ist das „BlueGen“ der Firma SOLIDPower GmbH. Dieses benutzt die Technik der SOFC-Zellen und leistet im optimalen Betriebspunkt 1,5 kW elektrisch, sowie 540 W thermisch. Der elektrische Wirkungsgrad beträgt hierbei ca. 60 %. Bei kombinierter Erzeugung von Strom und Wärme kann ein Systemwirkungsgrad von ca. 85 % erzielt werden.

 

Bluegen2

brennstoffzelle1

Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a2/Brennstoffzelle_funktionsprinzip.png

 

 


 

 

Technologiepartner

solidpower

 

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