Eine saubere Energielösung für Häuser
Kraft-Wärme-Kopplungssysteme (KWK) ermöglichen die gleichzeitige Herstellung von nützlicher Wärme- und elektrischer Energie aus einer einzigen Energiequelle. Die Rückgewinnung von Abwärme aus der Stromerzeugung eliminiert den Kraftstoffverbrauch, der sonst zur Erzeugung von Wärmeenergie erforderlich wäre. Micro-KWK-Anlagen für Häuser und Gebäude verwenden in der Regel Erdgas als Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor. Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) sind eine vielversprechende Alternative, aber Kosten und Zuverlässigkeit bereiten immer noch Probleme, die vor allem auf die sehr hohen Betriebstemperaturen zurückgehen. Forscher initiierten das Projekt LOTUS (Low temperature solid oxide fuel cells for micro-CHP applications), um SOFC-Technologie zu entwickeln, die bei möglichst niedriger Temperatur arbeitet, um die Vorteile zu optimieren. Insbesondere anodengestützten Zellen (ASCs) wurden als die vielversprechendste Option für die Erzielung höherer Leistungsdichten erachtet. In der ersten Projektphase entwickelte das LOTUS-Team ein Mikro-KWK-System mit einer Betriebstemperatur von 650 ° C nach einem Top-down-Ansatz. Der endgültige Wärmerückgewinnungsprozess wurde auf der Grundlage der Ergebnisse der detaillierten Systemparameterstudien und Layout-Berechnungen definiert. System-Modellrechnungen und technische Anforderungen führten zu der Entscheidung, die Erdgaszufuhr in wasserstoffreiches Reformat zu reformieren, bevor es in den Brennstoffzellenstapel eintritt. Die andere Hälfte des Kraftstoffs würde intern reformiert werden, um die Gesamteffizienz zu erhöhen. In der zweiten Phase von LOTUS wurden alle Komponenten und Untermodule in Übereinstimmung mit den Systementwurfsspezifikationen entwickelt. Der Kern SOFC-Stack integriert neu entwickelte ASC. Ein kompaktes Brennstoffverarbeitungsmodul ermöglicht eine steuerbare Dampfreformierung im Stapel mit verbesserter Luftzufuhr. Das fortschrittliche Brennstoffverarbeitungskonzept verspricht einen hohen elektrischen Wirkungsgrad sowie ein variables Kraft-Wärme-Verhältnis, das unabhängig von der Ausgangsleistung einstellbar ist. Schließlich integrierten die Forscher ein neues Abgas-Sauggebläse mit einem deutlich reduzierten Strombedarf in allen Betriebsphasen. Sowohl der Aufbau als auch die Inbetriebnahme des LOTUS-Prototyps wurden ausgiebig getestet. Die Testergebnisse belegen die Attraktivität des neuen, verbesserten SOFC-Stacks für die Verwendung in Mikro-KWK-Anlagen. Die Nutzung von Brennstoffzellen für die gleichzeitige Strom- und Wärmeerzeugung kombiniert emissionsfreie Stromerzeugung mit einer effizienten Rückgewinnung von Wärmeenergie und bietet damit eine saubere Energielösung für Wohnungen und Wohngebäude.
Schlüsselbegriffe
Saubere Energie, Gebäude, Brennstoffzellentechnologie, thermische Energie, Mikro-KWK, SOFC
