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Wasserstoffhaltige Industrieabgase als Stromlieferant

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie in Erlangen arbeitet derzeit an einem Kraftwerk, das wasserstoffhaltige Industrieabgase in elektrische Energie umwandeln soll.

Es handelt sich hierbei um ein wichtiges Thema, denn „alleine in Deutschland haben wir pro Jahr einen Wasserstoffbedarf von 20 Milliarden Kubikmetern.“ So ist laut Deutschlandfunk.de die Aussage von Michael Steinberger, der an diesem Projekt mitarbeitet.

Einer der größten Verbraucher für Wasserstoff ist die Halbleiter-Industrie, denn hier fungiert der Wasserstoff als Trägergas für die Produktion dünner Kristallschichten. Am Fraunhofer-Institut werden somit Computer-Chips gefertigt, um Wasserstoff zu testen. Richard Öchsner, Leiter des Bereichs Energietechnik am Institut sagt: „Und da kam von unserem Chef die Frage auf: „Kann man denn den Wasserstoff, den man eigentlich freisetzt, nicht nutzen, zum Beispiel in einer Brennstoffzelle für eine kalte Verbrennung, um ihn dann auch energetisch wieder nutzen zu können?““

Ist ein Vorgang eine kalte Verbrennung, ist es nicht nötig, ein Gas zu entflammen. Die Reaktion in einer Brennstoffzelle erfolgt auf chemischem Wege, wie etwa Sauerstoff mit Wasserstoff. Damit die Ausbeute an Energie hoch ist, muss der Wasserstoff so rein wie möglich sein, was bei Industrieabgasen schwierig ist. Michael Steinberger sagt: „Und das war dann im Endeffekt auch der Fokus der Forschung – eine neue Betriebsweise für solche Brennstoffzellen zu entwickeln, damit dort auch wasserstoffreiche Gase mit einem relativ hohen Stickstoffanteil von bis zu 50 Prozent verstromt werden können."

Das Problem war gar nicht so groß wie erwartet, denn die Brennstoffzellen mussten nicht großartig verändert werden. Was getan werden musste, war eine Verdichtung des Gases vor dem Einströmen. Die Lösung des Problems war laut Steinberger: „Darum haben wir dort ein neues Gebläse installiert, um einfach die Gebläseleistung zu erhöhen. Genauso haben wir Ventile angepasst, neue Sensoren hinzugefügt, die zum Beispiel die Wasserstoffkonzentration an bestimmten Punkten relativ genau bestimmen können."

Die entsprechenden Anpassungen wurden vorgenommen und schließlich konnten zwei Betriebsmodi entwickelt werden. Steinberger: „Wenn der Wasserstoffanteil von diesem Abgas unter 70 Prozent liegt, dann können wir ungefähr 72 Prozent des Wasserstoffes in Strom verwandeln. Bei dem anderen Betriebsfall, wenn über 70 Prozent Wasserstoffanteil im Abgas sind, können wir das Gas speziell im Kreis schieben in der Brennstoffzelle. Dadurch sind wir in der Lage, fast 100 Prozent des Wasserstoffes wirklich nutzen zu können."

Leider hat der bisher erreichte Wirkungsgrad nur 25 Prozent, was an verschiedenen Faktoren liegt. Der Wirkungsgrad muss sicherlich noch gesteigert werden. Zur Zukunft der Technologie sagt Richard Öchsner: „Wie viel Wasserstoffanfall habe ich denn und fällt der Wasserstoff kontinuierlich an? Dann ist es natürlich davon abhängig, wie groß der Aufwand für eine Integration ist. Also gibt es schon eine Gas-Vorreinigungsanlage, in welcher Qualität liegt der Wasserstoff vor? Wie entwickeln sich die Strompreise? All das beeinflusst natürlich dann auch die Verbreitung einer solchen Technologie."