Jülicher Brennstoffzellen-Stack mit Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC).
Forschungszentrum Jülich
Dank modularer Technik könnte die intelligente Energieversorgung für große Gebäude oder kleine Siedlungen durch ein Blockheizkraftwerk erfolgen. Dieses besteht aus bis zu 20 miteinander verschalteten Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-(HT-PEM) Brennstoffzellenmodulen.
Die uneingeschränkte Verfügbarkeit von Energie ist Grundlage für eine technisch geprägte Zivilisation, schreiben die Springer-Autoren Gerhard Reich und Marcus Reppich in ihrem Buch 'Regenerative Energietechnik' gleich zu Beginn. Einige Seiten weiter erklären sie im Detail die Möglichkeiten, mit Solarstrahlung, Windenergie und Brennstoffzellen, Strom zu erzeugen. Doch eignen sich diese Formen der Energieerzeugung auch zur sicheren Versorgung von Kommunen?
Ja, sagen die Industrieunternehmen und Forschungsinstitutionen, die sich vor kurzem in einem Konsortium organisiert haben und die Machbarkeit eines Blockheizkraftwerk (BHKW), bestehend aus bis zu 20 miteinander verschalteten Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-(HT-PEM) Brennstoffzellenmodulen, prüfen. Das Blockheizkraftwerk erzeugt die benötigte Wärme und Strom aus Wasserstoff, der zuvor mittels Elektrolyse aus überschüssigem Windstrom hergestellt und gespeichert wurde und damit bedarfsgerecht abrufbar ist.
Reformereinheit stellt aus Erdgas Wasserstoff her
In dieses Kraft-Wärme-Kopplungs (KWK)-System ist zudem eine Reformereinheit integriert, die auch aus Erdgas den zum Betrieb der Brennstoffzellen erforderlichen Wasserstoff herstellen kann. Dies erhöht einerseits die Versorgungssicherheit und ermöglicht andererseits, zeitabhängig den jeweils günstigsten Energieträger für die Wärme- und Stromerzeugung des Systems zu wählen. Der modulare Aufbau des Systems aus einzelnen Brennstoffzelleneinheiten mit einer elektrischen Leistung von jeweils 5 kW kann auf bis zu 100 kW hochskaliert werden und bietet eine größtmögliche Flexibilität für die Energieversorgung in unterschiedlichen Größenordnungen.
Kleine Module sind in größeren Mengen zu günstigeren Kosten herstellbar. Im intelligent gesteuerten Betrieb erhöht sich dadurch zusätzlich die Gesamteffizienz des KWK-Systems. Zum Einsatz kommen Hochtemperatur-Brennstoffzellen, deren Materialien im Laufe des Projekts so optimiert werden, dass eine Lebensdauer des Systems von mehr als 40.000 Stunden und eine Verbesserung des Wirkungsgrads von mehr als 20 % im Vergleich zu aktuell erhältlichen HT-PEM-Systemen realisierbar ist. Der elektrische Wirkungsgrad des KWK-Systems soll bei mehr als 45 % liegen.