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Klimafreundliche Lösungen mit Brennstoffzellen

03.04.2013
Brennstoffzellen erzeugen effizient und klimaschonend Energie für Fahrzeuge, Gebäude und die Industrie.
Jülicher Wissenschaftler arbeiten seit Jahren in internationalen Kooperationen an Komponenten, Modulen und Systemen, durch deren Einsatz sich der CO2-Ausstoß maßgeblich reduzieren lässt. Auf der Hannover Messe (Stand C68, Halle 27) zeigen Mitarbeiter des Forschungszentrums vom 8. bis zum 12. April 2013 neue Ansätze und Lösungen, mit denen sich der Energieverbrauch senken, die Nutzung erneuerbarer Energien verstärken und Wasserstoff in großen Mengen als Energiespeicher und Kraftstoff erzeugen lässt.

„Brennstoffzellen arbeiten praktisch klimaneutral, wenn sie mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff betrieben werden“, betont Dr. Bernd Emonts vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3). „Auch durch die Umsetzung von Biokraftstoffen und die effizientere Nutzung von fossilen Brennstoffen kann diese Technologie zur massiven Minderung der CO2-Emissionen in Deutschland beitragen.“ Noch in der Entwicklung befindliche Elektrolyseure mit Polymermembranen versprechen außerdem einen hohen Wirkungsgrad für die großtechnische Herstellung von Wasserstoff und ermöglichen es damit, Wasserstoff als Speichermedium für erneuerbare Energien einzusetzen.

Saubere Stromversorgung für Lastwagen
Trucks oder Kühlwagen verbrauchen im Schnitt genauso viel Energie wie ein gut isoliertes Mehrfamilienhaus. Während der Fahrpausen wird der Strom bisher in der Regel durch den laufenden Motor über einen Generator bereitgestellt. Ein neues Jülicher Brennstoffzellensystem für die Bordstromversorgung setzt Diesel und Kerosin dagegen direkt in Elektrizität um. Das spart nicht nur Kraftstoff, sondern verursacht auch deutlich weniger Lärm und gesundheitsschädliche Abgase. Das Testsystem erzielt eine elektrische Leistung von 5 kW, ein vorgeschalteter Reformer wandelt die Flüssigkraftstoffe für die eingesetzten Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC) in ein Brenngas um.

Auftankbare Brennstoffzellen
Leicht und kompakt aufgebaute Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) können flüssiges Methanol oder Biomethanol direkt in elektrischen Strom umwandeln. DMFC-Systeme müssen anders als Batterien nicht zeitaufwendig aufgeladen werden, da sich der Brennstoff problemlos nachfüllen lässt. Mit einem Serviceroboter für den Logistikbereich zeigen Jülicher Forscher eine von verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten. Der Brennstoffzellentyp eignet sich insbesondere als Batterieersatz im Bereich der sogenannten leichten Traktion und der unterbrechungsfreien Stromversorgung.

Jülicher Brennstoffzellen-Stack mit Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC)
Quelle: Forschungszentrum Jülich

Blockheizkraftwerke der nächsten Generation

Wenn Strom in großen Kraftwerken produziert wird, geht viel Energie verloren, weil die Abwärme oft ungenutzt entweicht. Die von kleinen Blockheizkraftwerken (BHKW) freigesetzte Wärme lässt sich dagegen zum Heizen von Gebäuden und für Industrieprozesse verwenden, was den Gesamtwirkungsgrad deutlich erhöht. Brennstoffzellen arbeiten dabei noch effizienter als die konventionell eingesetzten Gasmotoren und bieten darüber hinaus eine interessante Option für die Zukunft: Mit ihnen lässt sich nicht nur Erdgas, sondern auch regenerativ erzeugter Wasserstoff verstromen. Vor diesem Hintergrund haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich ein neues System mit oxidkeramischen Hochtemperatur-Brennstoffzellen (engl. Solid Oxide Fuel Cell; SOFC) entwickelt, das eine Gesamtleistung von 20 kW liefert. Die Module sind bereits für eine kostengünstige Serienfertigung optimiert, ihre Komponenten - Brennstoffzellen-Stacks, Wärmetauscher und Reformer zur Brennstoffaufbereitung -- lassen sich ohne Rohre einfach aufeinanderstapeln.

Elektrolyseverfahren für extreme Überlasten

Verlustarme, großskalige Elektrolyseverfahren sind eine Grundvoraussetzung, um Wasserstoff als Speichermedium für erneuerbare Energien zu nutzen. Derzeitige Anlagen setzen Kalilauge als Elektrolyt ein und laufen weitestgehend konstant. Durch die geringe Überlastfähigkeit ist die Erzeugung von Wasserstoff aus Lastspitzen, die etwa bei starkem Wind auftreten, begrenzt – eine Verschwendung. Jülicher Wissenschaftler und Techniker entwickeln daher Verfahren, die mit protonenleitenden Polymermembranen (PEM) arbeiten und den Aufbau größerer Anlagen erleichtern. Mithilfe dieser Technologie lassen sich extreme Überlasten aufnehmen, da sie Wasserstoff mit wesentlich höheren Stromdichten und Wirkungsgraden erzeugt als die alkalische Elektrolyse. Bevor die PEM-Elektrolyse in der Praxis eingeführt werden kann, sind allerdings noch wichtige Herausforderungen zu meistern: Leistungsdichte und Lebensdauer müssen gesteigert, die Produktionskosten noch verringert werden, damit sich diese Technologie rentiert.

Weitere Informationen:
Messestand zu Wasserstoff und Brennstoffzellen:
http://www.h2fc-fair.com/hm13/exhibitors/fzj.html
Brennstoffzellenforschung am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3): http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3/

Pressemitteilung „Effizientere Stromversorgung von Lkw“ vom 19. Februar 2013: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2013/13-02-19brennstoffzelle.html

Pressemitteilung „Neues 20-kW-System mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen“ vom 6. September 2012: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2012/12-09-06_20kW_System.html

Pressemitteilung „Rekord für Jülicher Brennstoffzellen“ vom 10 Februar 2012: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2012/2012-02-10DMFC.html

Ansprechpartner:
Dr. Bernd Emonts, Institut für Energie- und Klimaforschung - Bereich Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)
Stellvertretende Institutsleitung und Wissenschaftliche Koordination
Tel. 02461 61-3525
b.emonts@fz-juelich.de

Pressekontakt
Tobias Schlößer
Tel. 02461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de

Tobias Schlößer | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

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