Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Universität und EIfER testen Brennstoffzellen seit über einem Jahr im Labor

24.02.2005


Das Holz knistert im Ofen, das Gasflämmchen züngelt grünlich vor sich hin – mit dieser gemütlich anmutenden Szenerie könnte es in naher Zukunft vorbei sein. Dann nämlich, wenn Brennstoffzellen langsam aber sicher die herkömmliche Heiztechnik ersetzen. In Deutschland und Frankreich gibt es bereits Einfamilienhäuser, die statt einem Ofen eine Brennstoffzelle im Keller stehen haben, die für die Bewohner Wärme und Elektrizität liefert.


Doch bevor diese Technik serienweise eingesetzt werden kann, müssen die Brennstoffzellen noch viele Testreihen durchlaufen. Die Universität Karlsruhe hat zu diesem Zweck eigens ein Brennstoffzellen-Testlabor (FC-TestLab) eingerichtet: Seit über einem Jahr betreibt das Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik (IWE) das Labor in Kooperation mit dem European Institute for Energy Research (EIfER), einem durch die Electricité de France (EdF) getragenen Institut an der Universität Karlsruhe. „Hier testen wir komplette Brennstoffzellensysteme“, erklärt André Weber, Akademischer Rat am IWE.

Brennstoffzellen gelten als aussichtsreiche Kandidaten, wenn es um die dezentrale Energieversorgung geht, das heißt, um die verbrauchernahe Erzeugung von Strom und Wärme in vielen kleinen Anlagen. Der größte Vorteil der Brennstoffzelle ist ihr hoher Wirkungsgrad: „Je nach Technologie erreicht man einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent“, erklärt Weber. Zum Vergleich: Der Wirkungsgrad eines Otto-Motors liegt lediglich zwischen 15 und 20 Prozent. Ein weiterer Vorteil: Überschüssiger Strom kann von der Brennstoffzelle in das elektrische Netz eingespeist werden, im Idealfall versorgt sie den Nutzer also sowohl mit Wärme als auch mit Elektrizität. Außerdem besitzt die zukunftsträchtige Technologie ökologische Vorzüge: Sie ist leise und stößt kaum Schadstoffe aus. Doch den Vorteilen stehen derzeit noch Probleme gegenüber. So sind die Kosten noch zu hoch, die Lebenszeit zu schwankend.


Im FC-TestLab testen die Karlsruher Wissenschaftler im Rahmen von nationalen und internationalen Forschungsprojekten Brennstoffzellen-Systeme für den stationären Einsatz, zum Beispiel als Brennstoffzellen-Heizgeräte. Ziel der Untersuchungen ist, die Eigenschaften der unterschiedlichen Zellen hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, Effizienz und Stabilität herauszufinden. Im Auftrag der Stadtwerke Karlsruhe testet das IWE beispielsweise eine Zelle, die für den Betrieb in einem Einfamilienhaus ausgelegt ist: Bringt das System die gewünschte Leistung? Läuft es stabil? Was passiert bei einer plötzlichen Steigerung der Belastung? All diese Fragestellungen beleuchten die Wissenschaftler während der Tests. Auch die EdF selbst nutzt das FC-TestLab: Bevor Brennstoffzellen beim Kunden installiert werden, prüft die EdF sie im Karlsruher Labor auf Herz und Nieren, das heißt, ihr Betriebsverhalten und ihre Zuverlässigkeit werden im Detail untersucht.

Das Labor ist mit drei Versuchskabinen derart eingerichtet, dass mehrere Systeme unabhängig voneinander betrieben werden können. Jede Kabine ist mit einer aufwändigen Gaswarn- und Sicherheitstechnik ausgestattet; dies erlaubt auch den Test von noch nicht zertifizierten Systemen. Eine zentrale Gaswarnanlage überwacht die Versuchskabinen, tritt ein Fehler auf, wird das betroffene System vom Netz und der Gasversorgung getrennt. Die beim Betrieb der Brennstoffzellen entstehende Wärme kann über so genannte thermische Lasten ausgekoppelt werden. Diese simulieren den Wärmeverbrauch eines Hauses und stehen zur Bestimmung des thermischen Wirkungsgrades eines Brennstoffzellen-Systems zur Verfügung. Zwei der Versuchskabinen werden zum Test von Brennstoffzellen- Gesamtsystemen mit bis zu 10 kW elektrischer Leistung und 20 kW thermischer Leistung eingesetzt. Eine weitere Versuchskabine ist mit einem Teststand für Polymer-Elektrolyt-Membran(PEM)-Stacks ausgestattet, mit dem speziell auch Hochtemperatur PEM-Stacks getestet werden. Der Teststand ist in der Lage, Stacks mit einer Leistung von bis zu 1 kW und einer Betriebstemperatur von bis zu 150°C unter Verwendung von unterschiedlichsten Brenngasen und Oxidanten zu vermessen.

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Energie direkt in elektrische Energie um. Hierzu sind ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel nötig. Die chemische Reaktion des Brennstoffs, meist setzt man ein brennbares Gas wie Wasserstoff oder Erdgas ein, mit dem Oxidationsmittel (Sauerstoff bzw. Luft) wird in der Zelle in zwei elektrochemische Teilreaktionen aufgespaltet, die durch einen Elektrolyten räumlich getrennt sind. Der gasdichte Elektrolyt verhindert die direkte Reaktion zwischen Brennstoff und Oxidationsmittel. Er ermöglicht jedoch den Transport der aus dem Brennstoff oder dem Oxidationsmittel entstehenden Ionen. In der Kathode wird der Sauerstoff reduziert, dieser Vorgang „verbraucht“ Elektronen, sodass es zu einer positiven Aufladung der Kathode kommt. In der Anode wird der Brennstoff oxidiert, es werden Elektronen freigesetzt, die Anode lädt sich negativ auf. Dadurch entsteht eine elektrische Spannung, sodass ein elektrischer Verbraucher der Zelle Strom entnehmen kann.

Angelika Schukraft | Universität Karlsruhe (TH)
Weitere Informationen:
http://www.uni-karlsruhe.de

Weitere Berichte zu: Brennstoff Brennstoffzelle Labor Oxidationsmittel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wärme in Strom: Thermoelektrische Generatoren aus Nanoschichten
16.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Flüssiger Treibstoff für künftige Computer
15.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise