Längere Brennstoffzellenlebensdauer in Sicht
Eine Verkleinerung des globalen Kohlenstofffußabdrucks ist im Lichte der zunehmenden Probleme durch den Klimawandel zweifellos das Gebot der Stunde. Der Ersatz fossiler Brennstoffe durch erneuerbare oder aus Abfällen gewonnene Brennstoffe ist hingegen das langfristige Ziel. Die Abscheidung und Sequestrierung anthropogener Kohlendioxidemissionen (CO2), das so genannte Verfahren zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (Carbon Capture and Sequestration, CCS), stellt einen Zwischenschritt dar, bis dieser Übergang vollzogen werden kann. Die an dem Projekt MCFC-CONTEX arbeitenden EU-finanzierten Wissenschaftler optimieren die Nutzung von Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (molten-carbonate fuel cell, MCFC) zu diesem Zweck. Schmelzkarbonatbrennstoffzellen können auf der Kathodenseite CO2 aus Kraftwerksrauchgasen extrahieren und auf der Anodenseite nachhaltige Kohlenwasserstoffbrennstoffe wie Biogas in Strom umwandeln. Somit können sie in einer Abwasserbehandlungsanlage als ein MCFC-KWK-Generator eingesetzt werden, der mit Biogas aus dem Behandlungsprozess gefüttert wird. Die Schadstoffe in nichtkonventionellen Brennstoffen organischen Ursprungs (d. h. aus Abfällen) verursachen eine Herabsetzung der MCFC-Leistung. Diesem Hindernis sind die Forscher auf der Spur. Sie untersuchen Vergiftungsmechanismen, um die MCFC-Toleranzgrenzen im Bezug auf Langzeitleistung und Zuverlässigkeit zu bestimmen. Gleichzeitig optimieren sie die Reinigung von Biogas aus der Abwasserbehandlung und von Erdgas, um sicherzustellen, dass sich die Reinigungsstufen mit den MCFC-Toleranzen in Einklang befinden. Die Wissenschaftler begannen mit der Feststellung der Relevanz und Priorität ausgewählter Schadstoffe. Auf der Brennstoffseite wird die Anodenkontamination im Zusammenhang mit der Biogasumwandlung in Wärme und Kraft hauptsächlich durch Schwefelwasserstoff (H2S), halogenierte Kohlenwasserstoffe und Siloxane verursacht. Auf Seiten des Oxidationsmittels wurde für den Fall der Nachrüstung der Verbrennungskraftwerke und der CO2-Abtrennung die Kathodenkontamination durch Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffoxid untersucht. Man entdeckte eine unerwartete Wirkung des SO2 auf die Kathode, die zur Kontamination der Anode über das Elektrolyt führt. Der Effekt scheint durchaus in Abhängigkeit von der Brennstoffausnutzung aufzutreten. Ein Modell wurde entwickelt und es sind erste Validierungstests unter nicht kontaminierten Bedingungen im Gange. Die bisher geleistete Arbeit mündete in einem vorläufigen Entwurf eines optimierten Gasreinigungssystem im Industriemaßstab und wird letztlich als Pilotanlage der Gasreinigungseinheit realisiert. Bei MCFC-CONTEX geht man davon aus, einen großen Einfluss auf die Biogasausnutzung und die CCS ausüben zu können. Die Fortschritte in diesem Bereich werden uns sowohl an mittel- als auch an langfristige Lösungen für die stetig wachsenden Aufgaben im Energiebereich im Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel heranführen.
