Umweltfreundliche Energieversorgung mit Wasserstoff

Fraunhofer ISE präsentiert in Hannover Entwicklungen für den Markt Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen sorgen sowohl für eine nachhaltige dezentrale Energieversorgung von Gebäuden als auch für die Stromversorgung mobiler elektronischer Geräte. Für beide Einsatzbereiche zeigt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE auf der Hannover Messe im April seine jüngsten Entwicklungen für den Markt:

Gemeinsam mit der Firma Masterflex haben die Freiburger Forscher eine »Mobile Power Box« mit einer Dauerleistung von 35 W für die netzferne Stromversorgung portabler Geräte zur Marktreife gebracht. Das Produkt wird in Hannover vorgestellt. Außerdem zeigt das Fraunhofer ISE einen Erdgas-Reformer für Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke, der für das Karlsruher Brennstoffzellen-Testlabor und für das Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle Ulm entwickelt wurde.

Aus der im vergangenen Jahr als Prototyp gezeigten Mobilen Power Box ist jetzt ein Produkt geworden. »Wir freuen uns, dass wir nun nach zweijähriger Entwicklungszeit mit unserer Power Box eine internationale Spitzentechnologie präsentieren können,« hält Willfried Müller, Projektmanager Brennstoffzellentechnik bei Masterflex, fest. Der Hersteller Masterflex sieht als Zielmarkt für das portable Brennstoff-zellensystem vor allem Spezialanwendungen: die Verkehrs-messtechnik, Signalanlagen und Baustellen. Die Mobile Power Box wird mit Wasserstoff betrieben und überzeugt durch ihre Zuverlässigkeit sowie eine hohe Leistungsdichte. Eine große Flexibilität in der Anwendung wird durch die mögliche Ankopplung variabler Speichergrößen für die

Wasserstoffzufuhr erreicht. Dabei können sowohl Metallhydridspeicher als auch Druckgasflaschen zum Einsatz kommen. Letztere haben den Vorteil einer bereits vorhandenen Infrastruktur. Auf der Hannover Messe wird die Powerbox die Beleuchtung der Informationstheken übernehmen: Mit 160 g Wasserstoff aus einer Druckgas-flasche ist ein Betrieb über die sechs Messetage gesichert. Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke sind ein bedeutendes Thema im Kontext der dezentralen Energieversorgung z. B. von Gebäuden. Ein am Fraunhofer ISE in Freiburg entwickelter Erdgas-Reformer wurde kürzlich im Karlsruher Brennstoffzellen-Testlabor erfolgreich in Betrieb genommen. Das gemeinsam vom European Institute for Energy Research (EIfER) und dem Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik (IWE) betriebene Zentrum erprobt Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzelle in einzelnen Gebäuden und in der Industrie. Ein weiterer Erdgas-Reformer in ähnlicher Bauweise wird demnächst an das Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle Ulm ausgeliefert.

Der von den Freiburger Forschern entwickelte Erdgas-Reformer für eine Wasserstoffleistung von 3,5 bis 6 kW wurde als Niederdruckreformer aufgebaut. In der Kombination mit einer PEM (Polymerelektrolytmembran)-Brennstoffzelle liefert die Gesamtanlage 2 kW elektrischen Strom und 4 kW thermische Leistung zum Heizen und zur Warmwasserbereitstellung im Haushalt. Allerdings wirkt bei Niedertemperatur-Brennstoffzellen das im Reformer entstehende Kohlenmonoxid (CO) als Katalysatorgift. Zur Minimierung des CO-Gehalts wird deshalb entweder die Selektive Oxidation oder Selektive Methanisierung eingesetzt. »Das Besondere an unserer Reformeranlage mit Selektiver Methanisierung ist die zu allen Zeiten verlässlich unter 20 ppm liegende CO-Konzentration im Produktgas«, so Projektleiter Dr. Thomas Aicher. »Selbst bei Lastwechseln bleibt der CO-Gehalt unter diesem Wert.« Der Methan-Gehalt im Reformatgas konnte auf rund 1% gesenkt werden und damit wurde eine sehr gute Brennstoff-Ausnutzung erzielt.

Der Wirkungsgrad der Refomer-Anlage liegt derzeit bei ca. 65%. Allerdings kann das Restgas aus der Brennstoffzelle, das nicht umgesetzten Wasserstoff enthält, im Brenner des Reformers thermisch verwertet werden, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad des Systems aus Reformer und Brennstoffzelle erhöhen lässt. Durch bessere Wärme-integration und weitere Reaktoroptimierung lassen sich im Laufe der nächsten Jahre Wirkungsgrade von über 80% erreichen.

Auf der Hannover Messe vom 19.-24. April 2004 präsentiert das Fraunhofer ISE nicht nur einen Überblick über seine eigenen Entwicklungen im Bereich der Wasserstoff-technologie: Mikrobrennstoffzellen-Entwicklung, Elektrolyse und Reformertechnik. Der gemeinsame Auftritt mit drei weiteren Fraunhofer-Instituten zeigt die Vernetzung unterschiedlicher Fraunhofer-Kompetenzen auf diesem Forschungsgebiet. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe befasst sich mit speziellen Reformierverfahren und Bipolarplatten für Brennstoffzellen; das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg entwickelt Sensorik für die Sicherheitsüberwachung, Regelung und Entwicklung; das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen optimiert die Produktionstechnik für die Brennstoffzellen-fertigung. Hannover Messe, 19.-24. April 2004, Halle13, Stand F46/1

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