Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Diesel und Kerosin als Treibstoff für Brennstoffzellen

13.02.2008
Dank Supercomputer-Simulationen liefert ein neuer Reformer aus dem Forschungszentrum Jülich zuverlässig Wasserstoff zur Stromerzeugung – Patent erteilt

Ohne Schadstoffe erzeugen Brennstoffzellen effizient und zuverlässig Strom. Aber als Treibstoff benötigen sie Wasserstoffgas, das wegen der fehlenden Infrastruktur noch nicht flächendeckend zur Verfügung gestellt werden kann.

Entwickler des Forschungszentrums Jülich wollen deshalb die nahezu überall verfügbaren Treibstoffe Diesel oder Kerosin nutzen. Mit einem neuen Reformer, der fast keine Alterungserscheinungen mehr aufweist, kommen sie diesem Ziel nun einen großen Schritt näher. Jülicher Supercomputer halfen entscheidend auf dem Weg zur Anwendungsreife.

"Über 2000 Betriebsstunden lang gewinnt der neue Reformer effizient wasserstoffhaltiges Gas aus Diesel oder Kerosin", sagt Prof. Dr.-Ing Ralf Peters vom Jülicher Institut für Energieforschung. Dieses Gas kann sowohl von
... mehr zu:
»Brennstoffzelle »Treibstoff

Hochtemperatur- als auch von Niedertemperatur-Brennstoffzellen für die Stromgewinnung im Kilowattbereich genutzt werden.

Mit diesem Erfolg steht das Team um Peters mit an der Weltspitze und rechnet mit ersten einsatzfähigen Systemen in etwa drei Jahren.

Sehr vorteilhaft wären solche Systeme aus Reformer und Brennstoffzelle in Transportmitteln, die sowieso schon mit Diesel oder Kerosin betankt werden. Kühlaggregate in LKW oder die Bordelektronik auf Segelyachten könnten so ohne laufenden Motor und ohne Belastung der Batterien betrieben werden. Für die Stromversorgung in Flugzeugen kommt noch ein weiterer Vorteil hinzu.

Denn die Brennstoffzellen setzen beim Betrieb reinstes Wasser frei. "Damit lässt sich der Großteil des zu transportierenden Wassers und damit Tankgewicht einsparen", sagt Peters. Das Startgewicht eines Flugzeugs und der Kerosindurst der Düsentriebwerke werden deutlich reduziert.

Der Schlüssel zu diesem Erfolg liegt in dem geschickten Design des Reformers. In seinem Innern befindet sich ein Wabenkörper, der mit fein verteilten Edelmetallpartikeln beschichtet ist. Er dient als Katalysator und zersetzt die Kohlenwasserstoffe im Diesel oder Kerosin zusammen mit Luft und Wasserdampf in die Gase Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und den begehrten Wasserstoff. "Es darf gar keine flüssigen Reste geben", erklärt Peters die wichtigste Bedingung für hohe Effizienz und Langlebigkeit des Reformers. Genau das hat nun geklappt. Denn selbst nach 2000 Stunden liegt der Umsatz dieser Katalysereaktion noch bei über 99 Prozent.

Für den Sprung in der Betriebsdauer von vorher 200 Stunden auf den zehnfachen Wert ist die perfekte Vermischung vom verdampften Diesel mit heißem Wasserdampf und Luft verantwortlich.

Erreicht wird dies durch möglichst intensive Strömungsturbulenzen in einer vorgeschalteten Mischkammer. Mit der enormen Rechenleistung der Jülicher Supercomputer simulierten Peters und Kollegen das Mischungsverhalten der Gase. Dabei variierten sie zahlreiche Parameter von der Geometrie der Mischkammer bis hin zu Temperatur und Druck der eingespeisten Gase.

"Der Bauaufwand für den Reformer konnte durch diese Simulationen sehr stark reduziert werden", sagt Peters. Ohne die Hilfe des Supercomputers hätten die Entwickler viele unterschiedlich gestaltete Reformer langwierig durchtesten müssen. Für die Simulationen dagegen zerlegte der Rechner den Reformer virtuell in drei Millionen Abschnitte. So ließ sich selbst das komplexe und turbulente Strömungsverhalten der Gase berechnen.

Nach nur jeweils drei bis acht Stunden Rechenzeit lag die Vorhersage für eine Variante bereit. Für ein Reformerdesign wurden in der Regel drei bis sieben Varianten berechnet, beim letzten Design aber ganze zwanzig. Insgesamt wurden so ab 2004 für die strömungstechnischen Analysen der Reformierungsapparate über 8000 Stunden Rechenzeit benötigt. "Dieses Ergebnis zeigt, wie Supercomputer selbst komplexe Probleme in den Ingenieurwissenschaften lösen können", sagt Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert, Leiter des Jülich Supercomputing Centre.

In weiteren Arbeitsschritten werden Ralf Peters und Kollegen erste Brennstoffzellen mit ihrem langlebigen Reformer verknüpfen. Auf dem Weg zur Anwendungsreife für diese elegante Stromgewinnung aus Diesel und Kerosin hat sich das Forschungszentrum bereits ein Patent auf den Reformer gesichert. Unterstützt durch Förderprogramme des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie und über eine enge Zusammenarbeit mit dem Flugzeugbauer Airbus soll dann ein marktfähiges Produkt entstehen.

Pressekontakt:
Kosta Schinarakis, Tel. 02461 61-4771,
E-Mail: k.schinarakis@fz-juelich.de

Kosta Schinarakis | Forschungszentrum Jülich GmbH
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Berichte zu: Brennstoffzelle Treibstoff

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Care-O-bot® 4 macht sich selbstständig
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik