Fraunhofer ISE und DLR entwickeln Reformer-Brennstoffzellen-System

POA) haben die Forscher zusammen mit der Firma Liebherr Aerospace, dem Koordinator des Gesamtprojekts, zum ersten Mal in Europa einen Kerosin-Reformer mit einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) gekoppelt und im Systemverbund betrieben.

Das Gesamtsystem besteht aus einem autothermen (d.h. wärmeneutral betriebenen) Kerosin-Reformer, der ein wasserstoffhaltiges Gas erzeugt sowie aus einer Festelektrolyt-Brennstoffzelle (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), die das Gas in Strom umwandelt. Den Reformer einschließlich Wärmeübertrager und Offgasbrenner entwickelten die Wasserstofftechnologen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Forscher des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik in Stuttgart bauten einen am Forschungszentrum Jülich (FZJ) entwickelten SOFC-Brennstoffzellenstapel auf und integrierten diesen in einen Teststand.

Die Freiburger Wissenschaftler am Fraunhofer ISE testeten die vollautomatisierte Anlage im 300 Stunden Dauerbetrieb, bevor die Kollegen im DLR sie mit dem FZJ-SOFC-Stack kombinierten. Im Rahmen des Testbetriebs untersuchten die Fraunhofer-Forscher dann gemeinsam mit Liebherr und dem DLR das Gesamtsystem bei stationären Betriebszuständen und schnellen Laständerungen des Reformers bei konstanter SOFC-Leistung.

Der am Fraunhofer ISE entwickelte Reformer wird wärmeneutral (autotherm) betrieben. Das nicht umgesetzte Brenngas aus der SOFC wird in einem Porenbrenner nachverbrannt und liefert so die Wärme, die nötig ist, um die Eduktströme des Reformers sowie die Kathodenluft der SOFC hinreichend zu verdampfen und vorzuheizen. Im Betrieb mit der SOFC erzeugte die Reformeranlage einen Produktgasvolumenstrom von 10 bis 45 Nl/min Synthesegas. Als Brennstoff wurde entschwefeltes Kerosin Jet A-1 eingesetzt. Da die Entschwefelung des Kerosins ein wichtiger Aspekt des zukünftigen Einsatzes solcher Reformer-Brennstoffzellen-Systeme ist, wurden am ISE zudem zwei Entschwefelungsverfahren mit Erfolg getestet.

Eine zuverlässig funktionierende elektrische Energieversorgung an Bord eines Flugzeugs ist die Grundvoraussetzung für den reibungslosen Betrieb aller Systeme, von der Sitzverstellung des Passagiers bis hin zur Navigation und Flugsteuerung. Bislang wird die Bordstromversorgung in Flugzeugen von triebwerksgetriebenen Generatoren sichergestellt. Beim Bodenbetrieb auf Flughäfen übernimmt eine Hilfsgasturbine (APU) den Antrieb der Energieversorger. Diese APU erzeugt eine erhebliche Belästigung durch Lärm und Abgase. Hier würde eine Energieversorgung über Brennstoffzellen einen signifikanten Beitrag zur Umweltverträglichkeit leisten. Insgesamt verspricht die Brennstoffzellentechnologie auch einen deutlich höheren Wirkungsgrad als die kerosinbetriebene Turbine ihn heute ausweist. Für die zukünftige Anwendung von Reformer- und Brennstoffzellen in einem kompletten Energieerzeugungssystem im Flugzeug streben die Projektpartner eine weitere Verbesserung des gemessenen Gesamtwirkungsgrads der jetzt getesteten Systemkomponenten an.