In einem Konsortium der nebenstehend genannten Firmen, die fast alle ihren Sitz in Sachsen haben, werden seit etwa 1996 PEM-Brennstoffzellenkomponenten und kundenbezogene Anlagen für die dezentrale Energieversorgung entwickelt.

Power nach Maß

Brennstoffzellenkomponenten - Made in Germany

Das Herz von Brennstoffzellenanlagen ist der Brennstoffzellenstack, der als PEM-Stack bei der Firma Schalt- und Regeltechnik (kurz: s&r) entwickelt und gebaut wird. In ihm wird in einer gesteuerten Knallgasreaktion Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgewandelt. Dabei entstehen elektrischer Strom und Wärme. Das Besondere an diesem Verfahren ist, dass der elektrische Wirkungsgrad deutlich über dem Anlagenwirkungsgrad konventioneller Stromerzeuger liegt. Typische Werte für den Wirkungsgrad sind elektrisch 30% und gesamt 80%. Der Wasserstoff oder das Reformat mit 70% Wasserstoffanteil können über einen Reformer, zum Beispiel aus Erdgas oder Biogas, hergestellt werden. Der Sauerstoff wird aus der Luft entnommen. Die Erdgasreformierung wird in dem Beitrag der Bergakademie Freiberg beschrieben. Für die bisher hergestellten Versuchs- und Feldtestanlagen wurden bei s&r ein spezielles Luftversorgungsmodul und eine Membranbefeuchtung entwickelt.

Bei der gewählten Technologie wird zur Erreichung einer hohen Energieeffizienz die Feuchtigkeit und Wärme aus der Abluft des Stacks auf die Zuluft übertragen. Das bei s&r entwickelte modulare Stacksystem zeichnet sich durch eine gute Leistungsdichte von ca. 0,33 W/cm2 bei Standardbedingungen und durch höchste Flexibilität aus. Das heißt, dass es im Bereich von minimal 500W bis maximal 5kWel f&uuml ;r unterschiedliche Ausgangsspannungen, Brenngaszusammensetzungen und Strömungsstrukturen der Medien geliefert werden kann. Bild 1 zeigt einen Stack für Reformat mit niedrigem Wasserstoffanteil und einer elektrischen Leistung von 1,5kW. Das entwickelte Stacksystem wurde in den vergangenen Jahren von verschiedenen Institutionen und Forschungseinrichtungen im In- und Ausland in Versuchsanlagen erfolgreich eingesetzt und vermessen. Nach Ablauf der Nutzungszeit werden die Stacks recycelt, wobei insbesondere die Edelmetalle und die mechanischen Teile zurück gewonnen und wieder verwendet werden.

Dadurch kann neben der Energieeffizienz eine hervorragende Materialeffizienz erreicht werden. In der gegenwärtigen Phase der Brennstoffzellenentwicklung spielen die Test- und Prüfmöglichkeiten eine herausragende Rolle. Weil die auf dem Markt erhältlichen Geräte sehr teuer und funktionell nicht so flexibel wie erforderlich sind, wurden bei s&r eigene Versuchsstände und Testgeräte entwickelt. Bild 2 zeigt das Brennstoffzellenprüfmodul eines Stack-Prüfstandes für Zellen mit einer elektrischen Leistung von 500W bis 5kW. Die Brennstoffbereitstellung erfolgt über einen Steamreformer (Erdgasreformat) oder aus Flaschen (synthetisches Gas: H2, CO2, CO). Der Steamreformer wurde unter Führung der Bergakademie Freiberg durch das Konsortium der nebenstehenden Firmen entwickelt und gebaut. Diese 4kW Testanlage läuft bedienerlos im Dauerbetrieb und realisiert dabei automatisch voreingestellte Versuchsprogramme. Für Messwerterfassung und Auswertung wurde das Programmsystem "Fuel cell Test" entwickelt. Besondere Bedeutung haben solche Testanlagen für Langzeituntersuchungen zur Bestimmung der Degradation bzw. der Lebensdauer unter Berücksichtigung verschiedener Wer te oder Funktionen der Prozessparameter. Eine herausragende Rolle spielt dabei die Degradation durch CO-Verschmutzungen im Reformat. In Bild 3 sind beispielhaft Kennlinien in Abhängigkeit vom COGehalt des Reformats dargestellt.

Neuere Entwicklungen im Bereich der Membranen bieten aber künftig sehr gute Aussichten zur Verbesserung der CO-Toleranz von PEM-Brennstoffzellenstacks. Der gegenwärtige Entwicklungsstand der Brennstoffzellenkomponenten und -anlagen im Konsortium ist im Wesentlichen in der Anlage 4000 vergegenständlicht. Diese Anlage wird nach der Ausstellung auf der Hannover Messe seinen Arbeitsplatz im Botanischen Garten in Chemnitz finden und von den Stadtwerken Chemnitz betrieben werden.

Partner :

Technische Universität Bergakademie Freiberg	DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Freiberg	UTF GmbH, Brand Erbisdorf	Zentrum für Technologiestrukturentwicklung Region Riesa-Großenhain GmbH, Glaubitz

Veröffentlichung :

Arnold, J. :

"Brennstoffzellenkomponenten Made in Germany"
Dresdner Transferbrief 1.05, 13. Jahrgang