Zum Inhalt springen

Erdgas-Reformer für Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk

Fachbericht | Wörter: 504 | Aufrufe: 13923 | Druckbare Version

Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat angekündigt, während der Industrie Messe in Hannover die neusten Arbeiten zur Wasserstofferzeugung vorzustellen. Das ISE hat kürzlich einen Erdgas-Reformer für ein 2 kW-Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk in Betrieb genommen und will diese Einheit gemeinsam mit einer Brennstoffzelle vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) vorstellen.

Im Sinne einer umweltfreundlichen Energiewirtschaft bieten Brennstoffzellen-BHKW die Möglichkeit der effizienten, dezentralen Energieversorgung von Gebäuden. Der für die Brennstoffzellen benötigte Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser oder durch die Reformierung fossiler bzw. biogener Energieträger gewonnen.

Der von den Freiburger Forschern entwickelte Erdgas-Reformer wird mit einer PEM (Polymerelektrolytmembran)-Brennstoffzelle des ZSW (Ulm) kombiniert. Die Gesamtanlage liefert 2 kW elektrischen Strom und rund 4 kW thermische Leistung zum Heizen und zur Warmwasserbereitstellung im Haushalt. Als Demonstrationsanlage soll sie neben der Betriebserfahrung verlässliche Daten über die Wirkungsgrade von BZ-BHKW mit Erdgas-Reformern liefern.

Die Reformer-Anlage vom ISE produziert im Nennlastbetrieb ein Produktgas, das neben 2 m3/h Wasserstoff auch CO2, Wasserdampf und geringe Mengen an Methan und Kohlenmonoxid (CO) enthält. Die Anlage umfasst zusätzlich zum eigentlichen Dampfreformer eine CO-Shift-Stufe zur Gasaufbereitung, in der die CO-Konzentration des Reformerproduktgases weiter verringert wird. Bevor das produzierte Gas in der PEM-Brennstoffzelle des BHKW verstromt werden kann, muss der CO-Gehalt bis unter eine Konzentration von 50 ppm abgesenkt werden. Dies erfolgt in einer CO-Feinreinigungsstufe (Selox), die vom Projektpartner ZSW entwickelt und gebaut wird. Eine solche Feinreinigung ist notwendig, weil das CO den Edelmetall-Katalysator auf den Membranen der Brennstoffzelle im Laufe der Zeit vergiften (blockieren) würde.

Die Anlage wird zwischen 50% und 100% der Nennlast über eine Siemens SPS vollautomatisch gesteuert. Diese Steuerungseinheit fährt die von der Brennstoffzelle angeforderten Wasserstoff-Leistungen in Minutenschnelle nach. Die CO-Konzentration im Produktgas liegt zu allen Zeiten verlässlich unterhalb 0,3 Vol.-% (trocken), selbst bei Lastwechseln.

Das Restgas aus der Brennstoffzelle, das nicht umgesetzten Wasserstoff enthält, kannim Brenner des Reformers thermisch verwertet werden, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöhen lässt. Ohne die Anodenabgasnutzung liegt er für die Reformer-Anlage bei Werten von 65%. Wird das Anodenabgas im Brenner verfeuert, lässt sich der Wirkungsgrad auf Werte von 70 bis 75% steigern, je nach Wasserstoffumsatz der Brennstoffzelle.

„Dabei ist das Potential der Steigerung des Reformerwirkungsgrades noch nicht ausgeschöpft“ wie Thomas Aicher, Teilprojekt-Leiter am Fraunhofer ISE meint. „Durch bessere Wärmeintegration und weitere Reaktoroptimierung lassen sich im Laufe der nächsten Jahre sicher Wirkungsgrade von über 80% erreichen.“ Da die Brennstoffzelle derzeit noch nicht in das BHKW integriert ist, wurde der Anodenabgas-Betrieb der Reformer-Anlage mit einem simulierten Anodenabgas erprobt.

Die Arbeiten werden im Rahmen des Leitprojektes EDISON – „Intelligente Energieverteilungsnetze durch Anwendung innovativer dezentraler Erzeuger-, Speicher-, Informations- und Kommunikationssysteme“ - durchgeführt. Dieses Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium BMWA gefördert.

Das Fraunhofer ISE stellt seine Entwicklungen im Bereich Wasserstofferzeugung auf der Hannover Messe vor. Neben der Reformierung zählt dazu auch die Elektrolyse. Für das norwegische Institut für Energietechnik ife baute das ISE einen 2 kW Elektrolyseur. Dieser wurde erfolgreich integriert in ein automatisiertes Gesamtsystem mit Photovoltaikmodulen, Batterie, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle. Laufende Untersuchungen des Demonstrationssystems liefern Aussagen über Systemdynamik und ein optimales Betriebsmanagement.
Weitere Infos: Hannover Messe, 7.-12. April 2003, Halle 13 Stand G 72


Diesen Artikel empfehlen:




Vorheriger Bericht zum Thema Wasserstoff
Neues Speicherverfahren für Wasserstoff Neues Speicherverfahren für Wasserstoff
Nächster Bericht zum Thema Wasserstoff
Wasserstoff als Kraftstoff Wasserstoff als Kraftstoff