Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich melden einen beachtlichen Erfolg bei der Entwicklung leistungsfähiger Hochtemperatur-Brennstoffzellen: Ein Mitte April in Betrieb genommener Brennstoffzellenstapel (Stack) aus nur 40 Einzelzellen lieferte mit Wasserstoff als Brenngas bei einer mittleren Betriebstemperatur von 850° eine Leistung von 9,2 Kilowatt.   Betrieben mit Methan erreichte der Stapel 5,4 Kilowatt. Für ein planares System (ebene Zellen) ist dies sowohl bezüglich der Leistung als auch hinsichtlich der Zellengröße von 20 x 20 Zentimetern ein neuer Weltrekord. Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie von Wasserstoff direkt in Elektrizität um. Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Festelektrolyt (SOFC = Solid Oxide Fuel Cell) sind vor allem für die stationäre Strom- und Wärmeerzeugung in Kraftwerken und Gebäuden interessant. Doch auch für mobile Anwendungen werden sie verstärkt diskutiert. SOFCs versprechen höchste Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung und damit eine rationelle, umweltfreundliche Brennstoffnutzung. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich arbeiten an fortgeschrittenen SOFCs mit planaren (ebenen) Zellen und dünnen Elektrolyten. Diesem Design wird von vielen Experten ein hohes Marktpotential vorausgesagt. Denn: Systeme mit planaren SOFCs erreichen hohe Leistungen bereits bei kleinem Volumen und niedriger Arbeitstemperatur. Die Jülicher Arbeiten werden unter anderem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Den Rekordstapel aus 40 Einzelzellen haben die Jülicher Wissenschaftler zunächst direkt mit Wasserstoff bei durchschnittlich 850°C betrieben. Seine Leistung von 9,2 Kilowatt bedeutet gegenüber der Bestmarke aus dem letzten Jahr eine Steigerung auf mehr als das Doppelte. Zudem gelten Temperaturen unterhalb 900°C in der Welt der Hochtemperatur-Brennstoffzellen als moderat. Das ist günstig für die Lebensdauer aller Materialien und erlaubt den Einsatz vergleichsweise billiger metallischer Werkstoffe. Anschließend stellten die Wissenschaftler den Stapel auf Methan als Brenngas um. Dieses wird direkt in der Zelle zu Wasserstoff umgesetzt. Ein vorgeschalteter Umwandlungsschritt, der zusätzliche Energie kostet, entfällt also. Dadurch wird der unkomplizierte Einsatz von Erdgas als Brennstoff ohne aufwändige Gasaufbereitung möglich.

Bis jetzt konnte sich die SOFC auf dem Markt noch nicht durchsetzen, denn Werkstoffe, Komponenten und Herstellverfahren sind noch zu teuer. Doch auch für den Wettlauf zum Überspringen dieser Hürde sind die Jülicher Forscher gut gerüstet. Sie arbeiten bereits intensiv an neuen Materialien, mit denen sie höchste Leistungen und die Langzeitstabilität der Zellen kostengünstig realisieren können. Ihr erklärtes Ziel ist ein 20-Kilowatt-System. Diese Größenordnung ist deshalb so interessant, weil sie vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet. „Ausgehend von einem 20-Kilowatt-SOFC-System kann man sozusagen in alle Richtungen operieren. Diese Leistung liegt an der oberen Grenze, um ein Mehrfamilienhaus mit Strom und Wärme zu versorgen, und an der unteren Grenze, um ein Blockheizkraftwerk für eine Siedlung zu betreiben”, erklärt Robert Steinberger-Wilckens, Leiter des Projektes „Brennstoffzelle“ am Forschungszentrum Jülich. Und fügt hinzu: „Ein komplettes, in einem Gebäude einsetzbares 20-Kilowatt-SOFC-System haben wir für 2004 fest angepeilt.”

12.06.2002   Quelle: FZ Jülich