Brennstoffzellen: die Zukunft beginnt jetzt

Neueste Forschungsergebnisse und Strategien zur Entwicklung von Brennstoffzellen und Wasserstoffsystemen präsentierten der ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS) und seine Partner auf der FVS-Jahrestagung am 25. und 26. November im Umweltforum Berlin. Das Forschungszentrum Jülich entwickelte beispielsweise eine hitzebeständige Metalllegierung, die für den serienmäßigen Einsatz in SOFC-Brennstoffzellen (Solid Oxid Fuel Cells) besonders geeignet ist.  Das Material wird unter dem Handelsnamen „Crofer 22 APU“ bereits industriell hergestellt und in Fahrzeuganwendungen getestet. Der neue Werkstoff trägt wesentlich zur Verlängerung der Lebensdauer von Brennstoffzellen bei. Mit einem besonders flachen Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel (SOFC) hat das FZ Jülich einen neuen Weltrekord aufgestellt: Mit Wasserstoff betrieben liefert der SOFC-Stapel eine Leistung von 13,3 Kilowatt (kW). Die Betriebstemperatur von 760°C liegt um ca. 100°C niedriger als in bisherigen Anwendungen. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten und die Lebensdauer der verwendeten Materialien aus.

Zuverlässigkeit von PEM-Brennstoffzellen verbessert

Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde eine analytische Methode entwickelt, um die Zuverlässigkeit kommerzieller Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen-Stapel während des Betriebes zu verbessern. Eine in den PEM-Stapel integrierte Sensorplatine erfasst pausenlos Informationen über den Betriebszustand der Brennstoffzellen. Ein Kontrollsystem leitet bei Störungen sofort Gegenmaßnahmen ein, um den homogenen Zufluss der Brennstoffe zu gewährleisten. Diese Methode wurde vom DLR zudem weltweit zum ersten Mal in einer SOFC-Zelle realisiert und bei den notwendigen hohen Betriebstemperaturen von 800 °C erfolgreich getestet. Dieses Verfahren ist ein wichtiges Entwicklungswerkzeug zur Optimierung des Betriebsmanagements und der Zuverlässigkeit der SOFC.

Entwicklung tragbarer und stationärer Brennstoffzellensysteme

Am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) werden Polymer-Brennstoffzellen mit bis zu rund 10 kW optimiert und im Technikumsmaßstab gefertigt. Der Einsatz wird gemeinsam mit industriellen Anwendern zu vielfältigen portablen und stationären Brennstoffzellensystemen weiterentwickelt. Am Hahn-Meitner-Institut in Berlin (HMI) werden Kathoden-Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen entwickelt, die ohne das bisher übliche teure Platin auskommen. Durch ihre ausgezeichneten Methanol-Resistenz-Eigenschaften können sie nun auch in Direktmethanol-Brennstoffzellen angewendet werden. Die Erprobung findet unter anderem in Zusammenarbeit mit dem FZ Jülich statt.

Wasserstofferzeugung

Die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse in Kombination mit PEM-Brennstoffzellen ermöglicht eine regenerative Stromversorgung von netzfernen Verbrauchern, zum Beispiel für die Telekommunikation. Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) arbeitet an einem ein Energiemanagementsystem mit Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle im Rahmen eines europäischen Projektes. Bisher wurde Wasserstoff vor allem mit Hilfe von Strom durch Elektrolyse erzeugt. Das DLR hat ein neues Verfahren entwickelt. Dabei entsteht Wasserstoff durch chemische Reaktionen im Sonnenofen aus Sonnenwärme und Dampf. Für die regenerative Wasserstoffgewinnung aus Biomasse wird am ZSW eine neues Reformierungsverfahren entwickelt, das im Vergleich zu konventionellen Verfahren eine effizientere und umweltschonendere Umwandlung ermöglicht. Am Fraunhofer ISE wurden neuartige Reformer entwickelt, die Wasserstoff aus Erdgas, Diesel und Kerosin bereitstellen. Im Dauerversuch (500 Stunden) bliebt der Wirkungsgrad der Reformer-Katalysatoren nahezu konstant.

Brennstoffzellen und Energieversorgung

Ein vom Institut für Solare Energieversorgungstechnik an der Universität Kassel (ISET) entwickeltes neues Messverfahren erlaubt die zuverlässige Erkennung von Netz- bzw.- von Teilnetzausfällen und ermöglicht die sichere Einbindung von Brennstoffzellen in elektrische Verteilungsnetze. Das ISET hat neue, effiziente Wechselrichter entwickelt, die zur Netzeinspeisung oder zur Inselnetzbildung mit Brennstoffzellen eingesetzt werden können. Eine neue Studie unter der Federführung des DLR zeigt, dass gerade in einer im Zuge des Ausbaus erneuerbarer Energien stärker dezentral organisierten Energieversorgung Marktpotenziale für stationäre Brennstoffzellen eröffnet werden. Auch wenn die ökologischen Vorteile der Brennstoffzelle erst beim Einsatz regenerativ erzeugter Brennstoffe voll zum Tragen kommen, können dezentrale Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag leisten, um den auch mittelfristig noch notwendigen Anteil der fossilen Energieversorgung effizient bereitzustellen.

Interesse an Erneuerbaren und Brennstoffzellen wächst; 30 % mehr Forschungsmittel

„Das Interesse an erneuerbaren Energien und Brennstoffzellen ist in den letzten Jahren ständig gestiegen. Um die daran geknüpften Erwartungen an schadstoffarme Mobilität, Strom- und Wärmeerzeugung und effiziente Energiespeicherung zu erfüllen, müssen Brennstoffzellen und auch Wasserstoffsysteme in den nächsten Jahren verstärkt erforscht und entwickelt werden. Der ForschungsVerbund Sonnenenergie und seine Mitgliedsinstitute wollen dabei eine führende Rolle spielen“, betonte Dr. Gerd Eisenbeiß, Sprecher des FVS. Der ForschungsVerbund Sonnenenergie begrüßt die für 2005 beschlossene Erhöhung der Forschungsmittel für die erneuerbaren Energien im Bundeshaushalt um mehr als 30%. Um das europäische Klimaziel, 30% der Treibhausgase bis 2020 zu vermeiden, tatsächlich erreichen zu können, müsse die Steigerungsrate bei der Forschungsfinanzierung in den kommenden Jahren unbedingt fortgesetzt werden, so der FVS.

Neue Forschungsziele

Der ForschungsVerbund Sonnenenergie hat den Forschungsbedarf zu den einzelnen erneuerbaren Energien in seiner Broschüre „Forschungsziele 2005“ formuliert und zeigt wofür die Forschungsförderung in den kommenden Jahren konkret eingesetzt werden soll. Für Wasserstoff und Brennstoffzellen bestehe Forschungsbedarf besonders im Hinblick auf die Entwicklung kostengünstiger Materialien; die Erhöhung der Leistungsdichten und der Betriebszuverlässigkeit; die Designoptimierung von Zellen und Stacks; die Erforschung der optimalen Brenngaszusammensetzungen; die Erforschung und Entwicklung von Reformierungstechniken sowie „reversibler“ Brennstoffzellen/ Elektrolyseur-Systeme.

29.11.2004   Quelle: FVS   Solarserver.de   © EEM Energy & Environment Media GmbH