Optimale Technologie für Brennstoffzellensysteme
Selbst wenn die Festoxidbrennstoffzelle (SOFC)-Technologie im Vergleich zu Protonenaustauschmembran- und Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen-Technologie noch nicht ausgereift ist, kann sie mehr Anwendungen haben als die beiden letzteren. SOFC-Technologie basierend auf kostengünstigeren Keramikmaterialien und könnte es im Wettbewerb mit herkömmlichen Technologien aufnehmen. SOFC mit Wirkungsgraden von über 60% bei der Stromerzeugung und mehr als 90% bei der Kraft-Wärme-Leistung liegen im Bereich des Möglichen. Allerdings müssen eine hohe Effizienz sowie Zuverlässigkeit und lange Betriebsdauer sichergestellt werden, um eine weit verbreitete Marktdurchdringung zu erreichen. Das EU-finanzierte Projekt CATION (Cathode subsystem development and optimisation) befasste sich mit der Optimierung des Kathodensubsystems. Das Subsystem besteht aus einer Kathode, wo Luft eintritt und Abgas ausgestoßen wird, und einer Anode, einem Festoxidelektrolyt dazwischen, und bestimmt weitgehend den elektrischen Wirkungsgrad des gesamten SOFC-Systems. Die Projektpartner konzentrierten sich auf die Verbesserung der Flüssigkeitsversorgung und des Wärmemanagements sowie des Kathodensubsystems, einschließlich von Komponenten wie Wärmetauscher, Brenner und Gebläse. Ziel war es, einen elektrischen Wirkungsgrad von 55% und 40.000 Betriebsstunden für ein stationäres 250 kW SOFC-System zu erreichen. Nach einer gründlichen Bewertung der verschiedenen Alternativen für die Kathodensubsysteme führte Systemmodellierung und Zuverlässigkeitsanalyse zu modifizierten Layouts für Auswerfer und die modulare Stapelstruktur. Zusätzliche Werkzeuge wurden entwickelt, um den Rekuperatorkern zu optimieren, und die Wissenschaftler testeten neue Kathoden- und Brennerkonzepte. Untersuchungen zeigten die geeignetsten Lösungen auf, namentlich die Rezirkulation durch Auswerfer- und Lufteinlass-Folgen. Der Kathodenauswerfer wurde auf der Grundlage seiner Überlegenheit bei kritischen Aspekten wie Empfindlichkeit auf Qualitätsabweichungen bei den Stacks sowie Funktionsfähigkeit und Kontrollierbarkeit ausgewählt. Das Anodensubsystem für SOFC wurde parallel im Rahmen des EU-geförderten Projekts ASSENT optimiert. Aufbauend auf den Erfahrungen mit 50 kW-Demonstrationsanlagen führten die Projekte CATION und ASSENT zu Lösungen, die im Einklang mit den Zielen der europäischen Energiepolitik ein 250 kW-System versprechen.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzelle, Festoxidbrennstoffzelle, SOFC, Stromerzeugung, Kathodensubsystem
