Zielvorgabe höherer Brennstoffzellenwirkungsgrad
Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) besitzen das Potenzial für einen hohen elektrischen Wirkungsgrad, 55 bis 60%, und einen Gesamtwirkungsgrad bis zu 90% für KWK-Anlagen in Verbindung mit niedrigen Emissionen. SOFC haben den Vorteil kommerzielle Anwendungen von zehn kW bis zu mehreren MW stationären Einheiten anzubieten sowie eine hohe Brennstoffflexibilität angefangen bei Wasserstoff bis hin zu einer großen Vielzahl von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, Biokraftstoffen und fossilen Brennstoffen. Die lange Lebensdauer der SOFC-Systeme unter Dauerbetrieb ist eine Herausforderung für die Haltbarkeit aller Komponenten. Mindestens 40 000 Stunden im Falle von Kleinanlagen und noch mehr für große Systeme sind erforderlich. Gleichzeitig müssen die Investitionskosten auf 2 000 EUR / kW für den industriellen Einsatz gesenkt werden, um einen Durchbruch auf den kommerziellen Märkten zu erreichen. Das EU-finanzierte Projekt "Anode sub-system development & optimisation for SOFC systems" (ASSENT) konzentrierte sich deshalb auf die Entwicklung des Brennstoff- und Wassermanagements für SOFC-Systeme. Das Brennstoffmanagement und insbesondere die Rückführung sind eine Schlüsselfrage bei der Erreichung eines hohen elektrischen Wirkungsgrads und die Ablehnung der externen Wasserversorgung. Die Rückführung erhöht den Kraftstoffnutzungsgrad und kann das für das Reformieren von Brennstoffen benötigte Wasser liefern. Die Wissenschaftler von ASSENT werteten verschiedene Prozessansätze für Kraftstoff- und Wasser-Management aus, etwa auf der Basis von Gebläse oder Auswerfen, und für die Wasserzirkulation durch Kondensation aus dem Anodenabgas / Abgas und dem Eindampfen zurück in die Kraftstoffschleife. In diesem Projekt wurden vier verschiedene optimierte Subsysteme entwickelt und erfolgreich validiert: zwei in großem Maßstab und zwei in kleinem Maßstab. Diese Lösung könnte nach dem Projekt in ein vorkommerzielles System umgesetzt werden. ASSENT mehrte das Wissen über Anodensubsysteme, entwickelte Diagnosewerkzeuge zur Steuerung kompletter Brennstoffzellensysteme und bewertete kommerziell lebensfähige Subsystemlösungen. Dies wird zur Entwicklung von Subsystemen beitragen, die sich für die Massenproduktion eignen und in einem realen System durchgeführt werden können, um Leistung, Lebensdauer und Kostenziele für den stationären Einsatz in kommenden vorkommerzielle Demonstrationsprojekten zu erreichen.
Schlüsselbegriffe
elektrochemische Brennstoffzelle, Wassermanagement, Wirkungsgrad, Effizienz, Anodensubsystem, Rückführung, Gebläse, Ejektor, Fehlerzustand
