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Wasserstoff und Brennstoffzellen - Energieforschung im Verbund

Fachbericht | Wörter: 778 | Aufrufe: 9685 | Druckbare Version

Wasserstoff und Brennstoffzellen - Energieforschung im Verbund

Die Forschungsaktivitäten vom ForschungsVerbund Sonnenenergie unterteilen sich in zahlreiche unterschiedliche Betätigungsfelder:

SOFC-Brennstoffzellen (Solid Oxid Fuel Cells)
Forscher des FZ Jülich entwickelten eine hitzebeständige Metalllegierung, die für den serienmäßigen Einsatz in SOFC-Brennstoffzellen besonders geeignet ist. Das Material wird unter dem Handelsnamen „Crofer 22 APU“ bereits industriell hergestellt und in Fahrzeuganwendungen getestet. Der neue Werkstoff bietet viele Vorteile und trägt damit wesentlich zur Verlängerung der Lebensdauer von Brennstoffzellen bei.
Das FZ Jülich hat mit einem planaren Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel (SOFC) einen neuen Weltrekord aufgestellt. Mit Wasserstoff liefert der SOFC-Stapel eine Leistung von 13,3 kW. Die Betriebstemperatur von 760°C liegt um ca. 100°C niedriger als in bisherigen Anwendungen. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten und die Lebensdauer der verwendeten Materialien aus.

PEM-Brennstoffzellen (Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen)
Beim DLR wurde eine analytische Methode entwickelt, um die Zuverlässigkeit kommerzieller Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen-Stapel während des Betriebes zu verbessern. Eine in den PEM-Stapel integrierte segmentierte Sensorplatine erfasst permanent Informationen ortsaufgelöst über den Betriebszustand der Brennstoffzellen. Ein Kontrollsystem leitet bei Störungen sofort Gegenmaßnahmen ein, um den homogenen Zufluss der Brennstoffe zu gewährleisten. Außerdem wurde diese Methode beim DLR weltweit zum ersten Mal in einer SOFC-Zelle realisiert und bei den hier notwendigen hohen Betriebstemperaturen von 800 °C erfolgreich getestet. Diese Methode ist ein wichtiges Entwicklungswerkzeug zur Optimierung des Betriebsmanagements und der Betriebszuverlässigkeit der SOFC. Am HMI werden Kathoden-Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen entwickelt, die ohne das bisher übliche teure Platin auskommen. Durch ihre ausgezeichneten Methanol-Resistenz-Eigenschaften können sie nun auch in Direktmethanol-Brennstoffzellen angewendet werden. Die Erprobung findet u.a. in Zusammenarbeit mit dem FZ Jülich statt.

Wasserstofferzeugung
Die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse in Kombination mit PEM-Brennstoffzellen ermöglicht eine regenerative Stromversorgung von netzfernen Verbrauchern z.B. für die Telekommunikation. Das Fraunhofer ISE demonstriert dabei ein Energiemanagementsystem mit Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle im Rahmen eines europäischen Projektes. Für die regenerative Wasserstoffgewinnung aus Biomasse wird am ZSW eine neues Reformierungsverfahren entwickelt, das im Vergleich zu konventionellen Verfahren eine effizientere und umweltschonendere Umwandlung ermöglicht.
Am Fraunhofer ISE wurden neuartige Reformer entwickelt, die Wasserstoff aus Erdgas, Diesel und Kerosin bereitstellen. Im Dauerversuch (500 Stunden) blieben die Reformer-Katalysatoren nahezu degradationsfrei.

Brennstoffzellen und Energieversorgung
Ein vom ISET entwickeltes neues Messverfahren erlaubt die zuverlässige Erkennung von Netz- bzw.- von Teilnetzausfällen und ermöglicht die sichere Einbindung von Brennstoffzellen in elektrische Verteilungsnetze mit verteilten Einspeisungen.
Das ISET hat neue effiziente Wechselrichter entwickelt, die zur Netzeinspeisung oder zur Inselnetzbildung mit Brennstoffzellen eingesetzt werden können.
Eine neue Studie unter der Federführung des DLR zeigt, dass gerade in einer an ambitionierten Nachhaltigkeitszielen orientierten und im Zuge des Ausbaus erneuerbarer Energien stärker dezentral organisierten Energieversorgung Marktpotenziale für stationäre Brennstoffzellen eröffnet werden.
Auch wenn die ökologischen Vorteile der Brennstoffzelle erst beim Einsatz regenerativ erzeugter Brennstoffe voll zum Tragen kommen, können dezentrale Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag leisten, um den auch mittelfristig noch notwendigen Anteil der fossilen Energieversorgung effizient bereitzustellen.
In Zusammenarbeit mit der Firma Masterflex wurde am Fraunhofer ISE eine Brennstoffzelle mit einer Dauerleistung von 35W für die netzferne Stromversorgung portabler Geräte zur Marktreife gebracht.

Brennstoffzellen und Verkehr
Das FZ Jülich demonstriert mit seinem neuen Elektrofahrzeug „JuMOVe“ eine Anwendung mobiler Brennstoffzellen. Ein Elektrofahrzeug (Scooter) wurde so umgerüstet, dass es mit einem Hybridantrieb aus Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) und Lithium-Ionen-Akkumulator fährt. Der Scooter wird mit flüssigem Methanol betankt und erreicht mit einer Tankfüllung eine Reichweite von ca. 120 km.

Forschungsförderung 2005
Es gibt eine positive Tendenz bei der Förderung von Forschungsprojekten erneuerbarer Energien durch die Bundesregierung. So sind für den Haushalt 2005 im BMU und BMBF 30% mehr Forschungsmittel eingestellt als in diesem Jahr. Im BMVEL wird die Förderung verdoppelt. Der FVS begrüßt die Steigerung des Etats und macht deutlich, dass diese Steigerung in den nächsten Jahren fortgesetzt werden muss, um die Kohlendioxid-Einsparungsziele erreichen zu können.

Neue Forschungsziele
Der ForschungsVerbund Sonnenenergie hat den Forschungsbedarf zu den einzelnen erneuerbaren Energien in seiner Broschüre „Forschungsziele 2005“ formuliert und zeigt wofür die Forschungsförderung in den kommenden Jahren konkret eingesetzt werden muss. Für Wasserstoff und Brennstoffzellen besteht der Forschungsbedarf insbesondere zu folgenden Themen:
· Entwicklung kostengünstiger Materialien
· Erhöhung der Leistungsdichten und der Betriebszuverlässigkeit
· Designoptimierung von Zellen und Stacks
· Erforschung der optimalen Brenngaszusammensetzungen
· Erforschung und Entwicklung von Reformierungstechniken, um die bereits vorhandenen Energieträger Erdgas und Diesel als Übergangstechnologie zu nutzen
· Entwicklung von Brennstoffzellen, die sich für Synthesegas (H2+ CO) eignen
· Entwicklung “reversibler” Brennstoffzellen/ Elektrolyseur-Systeme
· Weiterentwicklung der Niedertemperatur-Brennstoffzellen für die direkte Einspeisung und effiziente Umwandlung von Methanol und verwandter Alkohole
· Weiterentwicklung von SOFC- und MCFC-Brennstoffzellen für höhere Leistungsdichten und unterschiedliche Brennstoffe
· Entwicklung serientauglicher Herstellverfahren zur Kostensenkung
· Weiterentwicklung der Brennstoffzellen-Systemtechnik zur Integration in Versorgungsstrukturen

Quelle: FVS



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