Blockheizkraftwerk mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen
Forschungszentrum Jülich testet neues Brennstoffzellen-BHKW
Ein neues Demonstrationssystem für Blockheizkraftwerke mit oxidkeramischen Brennstoffzellen (SOFC) ist im Forschungszentrum Jülich im Betrieb. Das System ist auf 20 kW ausgelegt.
Konventionelle Blockheizkraftwerke erzeugen den Strom mit Hilfe von Gasmotoren. Das 20-kW-Brennstoffzellen-BHKW aus Jülich kann neben Erdgas auch regenerativ erzeugten Wasserstoff umsetzen und erreicht damit einen höheren Wirkungsgrad.
Es ist ohne Rohrverbindungen im Hochtemperaturbereich aufgebaut und bringt Zellstapel mit einer Einzelleistung von 5 kW zum Einsatz, mit denen sich gut auch größere Anlagenleistungen realisieren lassen.
Bewähren im Dauerbetrieb
Langfristig ist ein Wirkungsgrad von rund 60 Prozent angepeilt. Die Anlage soll sich zunächst bei konstanter Leistung in mehreren Tausend Stunden Dauerbetrieb bewähren. Danach folgen dynamische Tests mit Lastwechseln, für die das System wiederholt abgekühlt und wieder aufgeheizt wird. Als weitere Schritte sind Verbesserungen der Robustheit und Langzeitstabilität geplant.
Jülicher Brennstoffzellen-Module
Die Brennstoffzellen-Module folgen dem in Jülich entwickelten, integrierten Konzept, alle Teile im Hochtemperaturbereich kompakt zu verbinden. Sie bestehen aus einem vom vom Forschungszentrum Jülich eigens für diesen Einsatzzweck entwickelten Hochleistungsstahl.
„Der Aufbau bietet mehrere Vorteile“, erläutert Ludger Blum. „Die Module haben eine minimierte Oberfläche und lassen sich gut isolieren. Sie besitzen eine gemeinsame Anschlusstechnik für alle Komponenten, lassen sich von der Größe her gut anpassen und bestehen aus relativ ähnlichen Teilen, was den Aufwand und damit auch die Kosten für die Herstellung verringert.“
Die hohe Betriebstemperatur von oxidkeramischen Brennstoffzellen ermöglicht es, vergleichsweise kostengünstige Elektrodenwerkstoffe einzusetzen und hohe Wirkungsgrade zu erzielen – erfordert aber relativ lange Aufheiz- und Abkühlungsphasen.
„Durch den Einsatz neuartiger Hochleistungskathoden arbeitet das Jülicher Demonstrationssystem schon bei einer vergleichsweise niedrigen Betriebstemperatur von etwa 700 Grad Celsius, die es allein durch die Prozesswärme hält“, berichtet Dr. Norbert H. Menzler vom Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren. Die Module sind mit einem Reformer ausgestattet und für die Verwertung von Erdgas ausgelegt, können aber auch direkt mit Wasserstoff betrieben werden.
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